DE69610453T2

DE69610453T2 - Weichmagnetischer dünner Film und Dünnfilmmagnetelement unter Verwendung desselben

Info

Publication number: DE69610453T2
Application number: DE69610453T
Authority: DE
Inventors: Hiromi Fuke; Tetsuo Inoue; Tetsuhiko Mizoguchi; Hiroshi Tomita
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1995-03-30
Filing date: 1996-03-29
Publication date: 2001-05-10
Anticipated expiration: 2016-03-30
Also published as: EP0735549A2; US5750273A; JP3759191B2; JPH08273930A; DE69610453D1; EP0735549A3; EP0735549B1

Description

Diese Erfindung betrifft ein Dünnfilm-Magnetelement zur Verwendung in derartigen Vorrichtungen wie zum Beispiel Dünnfilm-Magnetköpfen, Dünnfilminduktoren und Dünnfilmtransformatoren, sie betrifft ebenso einen weichmagnetischen Dünnfilm zur Verwendung im Dünnfilm-Magnetelement und Verfahren zur Herstellung des Dünnfilms und des Magnetelements.
Magnetische Aufnahme-/Wiedergabevorrichtungen wie zum Beispiel das VTR wurden im Hinblick auf die steigende Aufnahmedichte und Frequenz von Aufnahmesignalen entwickelt, um Verbesserungen der Bildqualität zu fördern. Als Reaktion auf diese Entwicklung sind Magnetköpfe erwünscht, die ein magnetisches Material mit ausgezeichneten Hochfrequenzeigenschaften verwenden und die gleichzeitig eine hohe magnetische Sättigungsinduktion zeigen.
Darüberhinaus ist es hinsichtlich der Verkleinerung unterschiedlicher Arten elektronischer Vorrichtungen, Dünnfilminduktoren und Dünnfilmtransformatoren, die derartige wesentlichen Bedingungen erfüllen können, die Verkleinerung der Teile der Stromquelle derartiger Vorrichtungen, die steigende Aufmerksamkeit auf sich gezogen hat. Die Arbeitsfrequenzen dieser Dünnfilm-Magnetelemente wurden in gleicher Weise nach oben geführt, um eine Verkleinerung dieser Elemente zu ermöglichen. Weichmagnetische Dünnfilme zur Verwendung in Dünnfilminduktoren und Dünnfilmtransformatoren sind als eine natürliche Folge erforderlich, um weitere Verbesserungen der Hochfrequenzeigenschaften zu zeigen.
Wenn ein weichmagnetischer Dünnfilm innerhalb eines Hochfrequenzbandes angeregt wird, stellen der Hystereseverlust und der Wirbelstromverlust ein Problem dar, die durch eine Inversion der Magnetisierung verursacht werden. Der weichmagnetische Dünnfilm sollte daher diese Neigung, derartige Eigenschaften herabzusetzen, in größt möglichem Ausmaß verringern. Der weichmagnetische Dünnfilm selbst sollte vorzugsweise einen höheren Widerstand erreichen, insbesondere weil der Wirbelstromverlust während der Hochfrequenzanregung immer wesentlicher zu werden neigt. Es wird angenommen, daß das Gleichgewicht zwischen der Abnahme derartiger Verluste und der Zunahme der Sättigungsmagnetisierung im Hochfrequenzband ein Problem von steigender Wichtigkeit darstellen wird, wenn sich die Arbeitsfrequenzen der Magnetelemente in Zukunft von 10 MHz auf 100 MHz verlagern.
Als Beispiele von weichmagnetischen Dünnfilmen, die eine hohe magnetische Sättigungsinduktion aufweisen, sind dünne, kristalline Filme, die auf Fe-Al-Si Legierungen beruhen, dünne, amorphe Filme, die auf Metall-Halbmetallegierungen wie Fe-B, Fe-Si-B und Fe-Co-Si-B beruhen, und dünne, amorphe Filme bekannt, die auf derartigen Metall-Metallegierungen wie Co-Zr, Co-Zr-Nb beruhen. Dünne, kristalline Filme, die von Legierungen abgeleitet sind, die auf Fe-Al- Si beruhen, weisen einen elektrischen Widerstand von weniger als etwa 80 uΩ.cm auf, und Dünnfilme, die auf amorphen Legierungen des Fe-B Typs oder Co-Zr Typs beruhen, weisen einen elektrischen Widerstand p von weniger als etwa 150 uΩ.cm auf. Sie sind daher als Ergebnis von unangebracht starkem Wirbelstromverlust im Nachteil, wenn derartige Filme eine Dicke aufweisen, die mehrere um überschreiten und in einem Hochfrequenzband, insbesondere im MHz Band angeregt werden.
Um derartige Nachteile der herkömmlichen Materialien, wie sie oben erwähnt wurden, zu überwinden, wurden kürzlich heteroamorphe, weichmagnetische Dünnfilme aus Legierungen mit zwei amorphen Phasen vorgeschlagen, wie in der Legierung, die auf (Fe, Co)-(B, Si, P)-(Si, Al, Zn, Ti) beruht, und den Dünnfilmen, die auf der (Fe, Co, Ni)-(B, Si, C) Legierung beruhen (wie zum Beispiel in JP-A-63-119,209, JP- A-03-106,003 und USP. 4,921,763 offenbart wird). Da heteroamorphe, weichmagnetische Dünnfilme aus Legierungen dieses letzteren Typs als Film einen elektrischen Widerstand p in der Größenordnung von 1000 uΩ.cm aufweisen, sind sie fähig, einen Wirbelstromverlust einzuschränken, wenn sie im Bereich des Bandes von 1 MHz verwendet werden. Wenn derartige Filme in einem derartigen Hochfrequenzband von über 2 bis 3 MHz verwendet werden, besteht jedoch ein wesentliches Risiko eines Versagens, derartige Verluste zur völligen Zufriedenheit zu unterdrücken, da die Erhöhung der Frequenz eine Vergrößerung des Wirbelstromverlusts innerhalb der amorphen Phasen ergibt, die für die Induktion erforderlich sind.
Wie oben beschrieben wurde, wurde von Dünnfilm-Magnetelementen wie zur Verwendung in Dünnfilm-Magnetköpfen, Dünnfilminduktoren und Dünnfilmtransformatoren, die an eine Verkleinerung angepaßt sind, gefordert, daß sie weichmagnetische Dünnfilme verwenden, die ausgezeichnete Magneteigenschaften und eine hohe Sättigungsmagnetisierung in einer Hochfrequenzzone zeigen, die aber gleichzeitig den Verlust senken und den Widerstand erhöhen.
Es ist wahrscheinlich, daß sich die Arbeitsfrequenzen dieser Dünnfilm-Magnetelemente in Zukunft vom Band mit 1 MHz zum Band mit 10 MHz bis 100 MHz verlagern werden. Herkömmliche, weichmagnetische Dünnfilme scheinen den Verlust bei derart hohen Betriebsfrequenzen nicht auf zufriedenstellende Niveaus zu senken. Die Erfindung sucht daher, weichmagnetische Dünnfilme mit genügend hohem Widerstand bereitzustellen, um eine viel zufriedenstellendere Abnahme des Verlustes sogar bei Arbeitsfrequenzen von über 1 MHz zu ermöglichen, und die gleichzeitig annehmbare oder sogar ausgezeichnete Niveaus der magnetischen Sättigungsinduktion erzielen können.
Die vorliegende Erfindung, die in Hinblick auf das Lösen derartiger Probleme entwickelt wurde, die oben umrissen wurden, zielt auf die Bereitstellung weichmagnetischer Dünnfilme, die ein viel besseres Gleichgewicht zwischen einer sehr zufriedenstellenden, magnetischen Sättigungsinduktion und einem hohen Widerstand liefern, und zielt so auf die Bereitstellung eines Dünnfilm-Magnetelements, das einen derartigen weichmagnetischen Dünnfilm verwendet und in der Folge annehmbarere oder sogar ausgezeichnete Eigenschaften insbesondere bei einer Arbeitsfrequenz von über 1 MHz erreicht. Die Erfindung zielt ebenso darauf, Verfahren zur Herstellung derartiger weichmagnetischer Dünnfilme und Dünnfilm-Magnetelemente bereitzustellen, die sie beinhalten.
Ein erster weichmagnetischer Dünnfilm entsprechend der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß er eine Zusammensetzung aufweist, die durch die allgemeine Formel dargestellt wird:
T100-x-yMx(AOv)y ... (1)
(wobei T zumindest eines aus Fe und Co darstellt; M zumindest eines aus Zr, Hf, Nb und Y darstellt; und A zumindest eines aus Si, Ge, Sn, B, P und C darstellt; und wobei x, y und v jeweils die Ausdrücke 5 ≤ x ≤ 20 Atom %, 8 ≤ y ≤ 25 at % und 0 ≤ v ≤ 2 erfüllen und wobei der Film im wesentlichen aus einer homogenen, amorphen Phase besteht und der Film einen Widerstand von nicht weniger als 1000 uΩ.cm aufweist.)
Ein zweiter weichmagnetischer Film entsprechend dieser Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß er eine Zusammensetzung aufweist, die durch die allgemeine Formel dargestellt wird:
T100-x-zMx(AOv)z ... (2)
(wobei T zumindest eines aus Fe und Co darstellt; M zumindest eines aus Zr, Hf, Nb und Y darstellt; und A zumindest eines aus Si, Ge, Sn, B, P und C darstellt; und wobei x, z und v jeweils die Ausdrücke 5 ≤ x ≤ 20 Atom %, 8 ≤ z ≤ 10 Atom % und 0 ≤ v ≤ 2 erfüllen und wobei der Film eine Mikrostruktur aufweist, die im wesentlichen aus einer mikrokristallinen Phase, einer ersten amorphen Phase und einer zweiten amorphen Phase besteht, die um die mikrokristalline Phase verteilt ist.)
Ein erstes Dünnfilm-Magnetelement entsprechend dieser Erfindung kann gekennzeichnet werden, wobei ein erster weichmagnetischer Dünnfilm, wie oben bestimmt wurde, in nahen Kontakt mit einem Substrat gebracht wird.
Ein zweites Dünnfilm-Magnetelement dieser Erfindung kann in gleicher Weise gekennzeichnet werden, so daß ein zweiter weichmagnetischer Dünnfilm, wie oben bestimmt wurde, in nahen Kontakt mit einem Substrat gebracht wird.
Ein erstes Verfahren dieser Erfindung zur Herstellung eines weichmagnetischen Dünnfilms (zur Verwendung in einem Dünnfilm-Magnetelement) umfaßt das Bilden des Films durch Verwendung (i) einer ersten Film bildenden Quelle, die durch die allgemeine Formel T100-xMx dargestellt wird (wobei T zumindest eines aus Fe und Co darstellt; M zumindest eines aus Zr, Hf, Nb und Y darstellt; und wobei x den Ausdruck 5 ≤ x ≤ 20 Atom % erfüllt) und (ii) einer zweiten Film bildenden Quelle, die durch die allgemeine Formel AOw dargestellt wird (wobei A zumindest eines aus Si, Ge, Sn, B, P und C darstellt; und wobei w den Ausdruck 1 ≤ w ≤ 2,5 erfüllt), wobei die zweite Film bildende Quelle beruhend auf der Fläche der ersten Film bildenden Quelle ein Flächenverhältnis im Bereich von 28% bis 58% aufweist.
Ein Verfahren entsprechend dieser Erfindung zur Herstellung eines zweiten weichmagnetischen Dünnfilms (zur Verwendung in einem Dünnfilm-Magnetelement) umfaßt das Bilden des weichmagnetischen Dünnfilms durch Verwendung (i) einer ersten Film bildenden Quelle, die durch die allgemeine Formel T100-xMx dargestellt wird (wobei T zumindest eines aus Fe und Co darstellt; M zumindest eines aus Zr, Hf, Nb und Y darstellt; und wobei x den Ausdruck 5 ≤ x ≤ 20 Atom % erfüllt) und (ii) einer zweiten Film bildenden Quelle, die durch die allgemeine Formel AOv dargestellt wird (wobei A zumindest eines aus Si, Ge, Sn, B, P und C darstellt; wobei w den Ausdruck 1 ≤ w ≤ 2,5 erfüllt) und wobei unter einem Druck von nicht weniger als 2 Pa die zweite Film bildende Quelle beruhend auf der Fläche der ersten Film bildenden Quelle ein Flächenverhältnis im Bereich von 3% bis 28% aufweist.
Jetzt wird unten durch ein nicht begrenzendes Beispiel eine Ausführung eines ersten weichmagnetischen Dünnfilms dieser Erfindung zur Herstellung eines Dünnfilm-Magnetelements genau beschrieben werden.
Der erste weichmagnetische Dünnfilm umfaßt einen weichmagnetischen Dünnfilm mit einer Zusammensetzung, die durch die oben erwähnte Formel (1) dargestellt wird und die aus einer homogenen, amorphen Phase besteht. Der Bestandteil T in der Formel (I) soll ein Bestandteil sein, der Magnetismus verleiht, und ist Fe und/oder eine Kombination von Fe und Co, die angesichts ihrer insbesondere großen magnetischen Sättigungsinduktion und einer gleichzeitig hohen Curietemperatur insbesondere vorteilhaft ist.
Der Bestandteil M ist ein Bestandteil zur Unterstützung einer amorphen Phase für den oben erwähnten Bestandteil T. Zumindest ein Element aus Zr, Hf, Nb und Y kann als der Bestandteil M verwendet werden, die alle große Atomradien aufweisen. Durch den Einbau des Bestandteils M mit einem derartig großen Atomradius nimmt der Bestandteil T wirksamer eine amorphe Beschaffenheit an. Die Menge des Bestandteils M wird im Bereich von 5 bis 20 Atom % (Atom %) festgelegt. Wenn der Gehalt des Bestandteils M geringer als 5 Atom % ist, kann dem weichmagnetischen Dünnfilm die amorphe Phase nicht richtig oder vollständig verliehen werden. Umgekehrt wird die Magnetisierung stark herabgesetzt sein, und es wird eine wesentliche Wahrscheinlichkeit eines Niederschlags einer kristallinen Phase bestehen (die eine ungeeignete Beschaffenheit für ein weichmagnetisches Material ist), wenn die Menge des Bestandteils M 20 Atom % überschreitet.
Der Bestandteil A ist ein Bestandteil, der dem weichmagnetischen Dünnfilm eine homogene, amorphe Phase verleiht und gleichzeitig derartige Faktoren wie Kristallisationstemperatur, Koerzitivkraft, anisotrope Energie und Magnetorestriktion verbessert. Zumindest ein Halbmetallelement aus Si, Ge, Sn, B, P und C kann als der Bestandteil A verwendet werden. Unter derartigen Halbmetallelementen werden Ge und Si vorzugsweise verwendet, da sie die Abnahme der Sättigungsinduktion einschränken. Desweiteren wird Si bevorzugter verwendet, da es eine Abnahme der Krisrtallisationstemperatur ausschließt und die Stabilisierung eines amorphen, weichmagnetischen Dünnfilms unterstützt. Um die bevorzugten Niveaus an Koerzitivkraft, anisotroper Energie und Magnetorestriktion zu erreichen, kann der Bestandteil A andernfalls dem Zweck angemessen geeignet gewählt werden.
Obwohl der erste weichmagnetische Dünnfilm zur Verwendung bei der Herstellung eines Dünnfilm-Magnetelementes vorzugsweise etwas Sauerstoff enthält, ist es nicht immer erforderlich, daß er Sauerstoff enthält. Der Gehalt an Sauerstoff, um bei der Sicherstellung der Herstellung und Beibehaltung einer homogenen amorphen Phase zu helfen, ist am bevorzugtesten so, daß im Teil von AOv der Zahlenwert von v nicht geringer als 0,1 sein wird. Wenn der Sauerstoffgehalt unangebracht hoch ist, könnte die erzeugte Legierung den Niederschlag einer unerwünschten Oxidphase auslösen. So ist der Zahlenwert von v nicht größer als 2.
Der Gehalt des oben als AOv erwähnten Bestandteils A liegt im Bereich von 8 bis 25 Atom %. Wenn der Gehalt des Bestandteils A im Teil AOv geringer als 8 Atom % ist, nimmt der erzeugte Film höchst wahrscheinlich eine gemischte Phase an, die aus einer mikrokristallinen Phase und einer amorphen Phase besteht, die das Erreichen einen Widerstands von 1000 uΩ.cm oder mehr ausschließen wird. Wenn umgekehrt der Gehalt des Bestandteils A (als AOv) 25 Atom % überschreitet, wird die amorphe Phase nicht länger stabil beibehalten werden. Wie aus den Arbeitsbeispielen hier unten deutlich bemerkt wird, ist der Gehalt des Bestandteils A wichtig für den Zweck der Ermöglichung, daß der weichmagnetische Dünnfilm eine homogene, amorphe Phase annimmt. Durch Sicherstellen, daß der vorliegende, weichmagnetische Dünnfilm verglichen mit dem weichmagnetischen Dünnfilm, der für das zweite Dünnfilm-Magnetelement verwendet werden soll, eine relativ große Menge des Bestandteils A enthält, kann die Bildung dieses weichmagnetischen Dünnfilms mit einer vollständig homogenen, amorphen Phase verwirklicht werden. Bevorzugter liegt der Gehalt des Bestandteils A (als AOv) im Bereich von 10 bis 18 Atom %.
Es wurde nachgewiesen, daß unter anderen denkbaren Kombinationen des Bestandteils M und des Bestandteils A derartige Kombinationen wie (M, A) = (Zr, Si), (Zr, Ge), (Zr, Sn) und (Hf, Si) bezüglich der Sättigungsmagnetisierung, der magnetorestriktiven Konstante und der Kristallisationstemperatur vorzuziehen sind.
Indem die Zusammensetzung in den oben erwähnten Bereich fällt und währenddessen derartige Faktoren wie die Art der Film bildenden Quelle, der Umgebungsdruck, der während des Verlaufs der Filmbildung beibehalten wird, und die Größe der verwendeten Leistung optimiert werden (was hier unten genauer beschrieben werden wird), ist es dann möglich, einen weichmagnetischen Dünnfilm zu erzeugen, der eine homogene, amorphe Phase annimmt mit der Verbesserung des Widerstands auf Werte von oder über 1000 uΩ.cm. Durch Einschränken des Verlusts der Sättigungsinduktion und weiterem Erhöhen des Widerstands p des weichmagnetischen Dünnfilms auf über 1000 uΩ.cm, wie oben beschrieben wurde, kann der Wirbelstromverlust recht zufriedenstellend unterdrückt werden, sogar wenn der dünne Magnetfilm bei einer hohen Frequenz verwendet wird, die das Niveau von 1 MHz überschreitet. Als Ergebnis kann der Verlust, der durch das Dünnfilm-Magnetelement hervorgerufen wird, in Übereinstimmung mit den Zielen der vorliegenden Erfindung verringert werden.
Als bestimmte Ausführungen des ersten Dünnfilm-Magnetelements dieser Erfindung können Dünnfilm-Magnetköpfe, die einen weichmagnetischen Dünnfilm als magnetischen Kern verwenden, magnetoresistive Elemente, die einen weichmagnetischen Dünnfilm als eine magnetische Schutzschicht oder einen Polmagneten verwenden, und Dünnfilminduktoren und Dünnfilmtransformatoren gebaut werden, die einen weichmagnetischen Dünnfilm als einen magnetischen Kern aus einer ebenen Spule verwenden. Diese Erfindung ist jedoch nicht auf diese bestimmten Beispiele begrenzt, sondern kann in gleicher Weise auf die Erzeugung anderer Dünnfilm-Magnetelemente angewendet werden.
Ein erster magnetischer Dünnfilm dieser Erfindung (zur Verwendung in einem Dünnfilm-Magnetelement) kann zum Beispiel durch Bereiten (i) einer ersten Film bildenden Quelle erhalten werden, die im wesentlichen durch die Formel T100-xMx dargestellt wird (wobei T und M sind, wie oben bestimmt wurde) und (ii) einer zweiten Film bildenden Quelle, die im wesentlichen durch die Formel AOw (1 ≤ x ≤ 2,5) dargestellt wird (wobei A wie oben bestimmt ist), ihre Anordnung, so daß das Verhältnis (Sc) der Fläche S&sub2; der zweiten Film bildenden Quelle zur Fläche S&sub1; der ersten Film bildenden Quelle, das heißt Sc ( = S&sub2;/S&sub1; · 100) in den Bereich von 28% bis 57% fallen kann, und dann Bilden eines weichmagnetischen Dünnfilms, der aus einer derartigen, homogenen, amorphen Phase besteht, wie oben erwähnt wurde, durch Verwendung der zwei oben erwähnten, Film bildenden Quellen. Die Erzeugung kann in gleicher Weise durch ein Sputterverfahren, das zwei oder mehrere Sputterquellen verwendet, oder ein Sputterverfahren durchgeführt werden, das eine einzelne Sputterquelle verwendet.
Der Schritt der Bildung des amorphen, weichmagnetischen Dünnfilms, der oben erwähnt wurde, sollte auf eine Weise durchgeführt werden, die für die Art des Dünnfilm-Magnetelements geeignet ist. Wenn das Dünnfilm-Magnetelement zum Beispiel ein Dünnfilm-Magnetkopf ist, wird dieser Schritt als ein Schritt der Bildung eines Paars von Magnetkernen ausgeübt, die einander über einen dazwischenliegenden, magneischen Spalt gegenüberliegen. Wenn der Dünnfilm- Magnetfilm ein Dünnfilminduktor oder ein Dünnfilmtransformator ist, wird der Schritt als ein Schritt ausgeübt, bei dem ein weichmagnetischer Dünnfilm über zumindest eine der Hauptoberflächen einer ebenen Spule durch das Medium einer isolierenden Schicht gelegt wird.
Zur Bildung des oben erwähnten, weichmagnetischen Dünnfilms sind derartige Sputterverfahren wie das RF Sputterverfahren, das DC Sputterverfahren, das Magnetronsputterverfahren und das Ionenstrahlsputterverfahren geeignet. Andernfalls sind derartige pysikalische Wachstumsverfahren in der Dampfhase (PVD) wie das Verfahren der Ablagerung im Vakuum, das Ionplatingverfahren und das Laserabriebverfahren in gleicher Weise geeignet.
Nebenbei können die anderen Bedingungen, die während dem Schritt der Bildung des weichmagnetischen Dünnfilms verwendet werden sollen, so festgelegt werden, daß sie für das Verfahren der Filmbildung geeignet sind, das gewählt wird.
Der Sputtergasdruck während des Verlaufs des Sputterns beträgt zum Beispiel nicht mehr als 3 Pa, bevorzugter nicht mehr als 2 Pa.
Eine zweite Ausführung eines weichmagnetischen Dünnfilms dieser Erfindung zur Verwendung in einem Dünnfilm-Magnetelement wird unten nur durch ein nicht begrenzendes Beispiel genau beschrieben werden.
Der zweite weichmagnetische Dünnfilm weist eine Zusammensetzung auf, die im wesentlichen durch die oben erwähnte Formel (2) dargestellt wird, und einen weichmagnetischen Dünnfilm 4 mit einer Mikrostruktur umfaßt, wie zum Beispiel in Fig. 1 gezeigt wird, die aus einer mikrokristallinen Phase 1, einer ersten amorphen Phase 2 und einer zweiten amorphen Phase 3 besteht, die um jene zwei Phasen verteilt ist.
Im vorliegenden, weichmagnetischen Dünnfilm weist die mikrokristalline Phase 1 als ihren Hauptbestandteil zumindest ein Element T aus Fe und/oder Co auf und trägt zur Erhöhung der Sättigungsinduktion des weichmagnetischen Dünnfilms bei. Dann weist die erste amorphe Phase 2 als ihren Hauptbestandteil dasselbe Element T wie in jener mikrokristallinen Phase 1 auf und trägt zur Verbesserung der weichmagnetischen Eigenschaften des weichmagnetischen Dünnfilms bei.
Die mikrokristalline Phase 1 und die oben erwähnte, erste amorphe Phase 2 sind von der zweiten amorphen Phase 3 umgeben, die als ihre Hauptbestandteile das Element M und das Element A aufweist und in einem Netzmuster um die oben erwähnten Phasen verteilt ist. Da die zweite amorphe Phase 3 einen hohen Widerstand zeigt, ist der weichmagnetische Dünnfilm als ganzes fähig, einen hohen Widerstand wie zum Beispiel den Widerstand p anzunehmen, der in den Bereich von 1000 bis 2000 uΩ.cm fällt. Da die einzelnen Inseln der mikrokristallinen Phase 1 und der ersten amorphen Phase 2 magnetisch verbunden sind, kann der Film als Ganzes eine stark zufriedenstellende, magnetische Sättigungsinduktion und weichmagnetische Eigenschaften sicherstellen. Indem veruracht wird, daß der weichmagnetische Dünnfilm einen derartigen hohen Widerstand p annimmt, daß er in den Bereich von 1000 bis 2000 uΩ.cm fällt, kann der Wirbelstromverlust auch bei einer Arbeitsfrequenz äußerst zufriedenstellend unterdrückt werden, die das Niveau von 1 MHz überschreitet. So kann der Verlust, der durch das Dünnfilm- Magnetelement hervorgerufen wird, gesenkt werden, wie beabsichtigt wurde.
Die Mikrostruktur, die aus der mikrokristallinen Phase 1, der ersten amorphen Phase 2 und der zweiten amorphen Phase 3 besteht, die in einem Netzmuster um die zwei Phasen verteilt ist, wie oben erwähnt wurde, kann erhalten werden, indem die Zusammensetzung so angepaßt wird, daß sie innerhalb des Bereichs der Formel 2 oben fällt und indem derartige Faktoren wie die Art der Film bildenden Quelle, der Umgebungsdruck, der während des Verlaufs der Filmbildung beibehalten wird, und die Größe der verwendeten Leistung optimiert wird, was hier unten genauer beschrieben wird.
Der zweite weichmagnetische Dünnfilm zur Verwendung in einem Dünnfilm-Magnetelement weist eine Zusammensetzung auf, die im wesentlichen durch die oben erwähnte Formel 2 dargestellt wird. Der Bestandteil T und der Bestandteil M in der Formel 2 weisen beide die gleichen Funktionen auf wie der Bestandteil T und der Bestandteil M im ersten weichmagnetischen Dünnfilm zur Verwendung in einem Dünnfilm-Magnetelement. Die bevorzugten Arten der Elemente in diesen Bestandteilen und ihre Inhalte sind dieselben wie jene für den ersten weichmagnetischen Dünnfilm.
Der Bestandteil A ist ein Bestandteil, der dabei hilft, dem weichmagnetischen Dünnfilm eine teilweise amorphe Phase zu verleihen und gleichzeitig dazu beiträgt, derartige Faktoren wie Kristallisationstemperatur, Koerzitivkraft, anisotrope Energie und Magnetorestriktion zu verbessern. Zumindest ein Halbmetallelement aus Si, Ge, Sn, B, P und C wird als der Bestandteil A verwendet. Unter derartigen bevorzugten Halbmetallelementen werden Ge und Si vorzugsweise verwendet, da sie die Abnahme der Sättigungsinduktion einschränken. Desweiteren wird Si bevorzugter verwendet, da es die Abnahme der Kristallisationstemperatur ausschließt und die Stabilisation einer amorphen Phase fördert.
Andernfalls können das (die) Element(e) des Bestandteils A vom Gesichtspunkt der Koerzitivkraft, der anisotropen Energie und der Magnetorestriktion geeignet gewählt werden, um dem Zweck zu dienen.
Obwohl der zweite weichmagnetische Dünnfilm zur Verwendung in einem Dünnfilm-Magnetelement Sauerstoff enthalten kann, ist es nicht immer erforderlich, daß er Sauerstoff enthält. Vom Gesichtspunkt des Erhaltens einer derartigen Mikrostruktur aus, wie oben beschrieben wurde, wird es bevorzugt, daß der Sauerstoffgehalt des weichmagnetischen Dünnfilms herabgesetzt wird. Der Sauerstoffgehalt des Teils AOv ist vorzugsweise derart, daß der Wert von v nicht mehr als 1,5 beträgt. Da ein unmäßig hoher Sauerstoffgehalt den Niederschlag einer zweiten kristallinen Phase mit sich bringen kann, ist der größte erlaubte Wert von v nicht mehr als 2.
Der Gehalt des Bestandteils A des Teils AOv liegt im Bereich von 1 bis 10 Atom %. Wenn der Gehalt des Bestandteils A (als AOv) geringer als 1% ist, kann die zweite amorphe Phase nicht stabil beibehalten werden. Wenn der Gehalt des Bestandteils A (als AOv) 10 Atom % überschreitet, kann die Sättigungsmagnetisierung steil abnehmen, und die Koerzitivkraft kann zunehmen. Der Gehalt des Bestandteils A liegt daher vorzugsweise im Bereich von 2 bis 9 Atom %.
Die Kombinationen des Bestandteils M und des Bestandteils A, von denen nachgewiesen wurde, daß sie hier vorzuziehen sind, sind dieselben wie jene im ersten weichmagnetischen Dünnfilm zur Verwendung in einem dünnen Magnetelement. Die bestimmten Ausführungen des zweiten Dünnfilm-Magnetelements sind ebenso die gleichen wie jene des oben erwähnten ersten Dünnfilm-Magnetelements.
Ein zweites Dünnfilm-Magnetelement dieser Erfindung, wie oben beschrieben wird, kann zum Beispiel durch Bereiten einer ersten Film bildenden Quelle, die im wesentlichen durch die Formel T100-xMx dargestellt wird, und einer zweiten Film bildenden Quelle erhalten werden, die im wesentlichen durch die Formel AOw (1 ≤ x ≤ 2,5) dargestellt wird (wobei A, T und M sind, wie oben bestimmt wurde), ihre Anordnung, so daß das Verhältnis (Sc) der Fläche S&sub2; der zweiten Film bildenden Quelle zur Fläche S&sub1; der ersten Film bildenden Quelle, das heißt Sc ( = S&sub2;/S&sub1; · 100) in den Bereich von 3 bis 28% fallen kann, und Bilden eines weichmagnetischen Dünnfilms, der aus einer derartigen Mikrostruktur besteht, bei einem Druck von nicht weniger als 2 Pa in der Form einer gemischten Phase, wie oben erwähnt wird. Die Herstellung kann in gleicher Weise durch das Sputterverfahren, das zwei oder mehr Sputterquellen verwendet, oder das Sputterverfahren durchgeführt werden, das eine einzelne Sputterquelle verwendet.
Der Schritt der Bildung des gemischtphasigen, weichmagnetischen Dünnfilms wird in gleicher Weise zu jenem der Bildung des oben erwähnten ersten Dünnfilm-Magnetelements für die Art des Dünnfilm-Magnetelements in geeigneter Form durchgeführt. Desweiteren können das Verfahren zur Bildung des weichmagnetischen Dünnfilms und das Verfahren zur Ablagerung der ersten Film bildenden Quelle und der zweiten Film bildenden Quelle die gleichen sein wie jene, die für den weichmagnetischen Dünnfilm zur Verwendung im ersten Dünnfilm-Magnetelement angenommen wurden.
Im Schritt der Bildung des oben beschriebenen weichmagnetischen Dünnfilms ist neben dem Flächenverhältnis Sc zwischen der ersten und zweiten Film bildenden Quelle der Umgebungsdruck während dem Verlauf der Filmbildung wichtig. Durch Festlegen dieses Umgebungsdrucks auf oder über 2 Pa ist es möglich, eine Mikrostruktur zu erhalten, bei der die zweite amorphe Phase um die mikrokristalline Phase und um die erste amorphe Phase verteilt ist. Wenn der Umgebungsdruck während dem Verlauf der Filmbildung geringer als 2 Pa ist, kann die erzeugte Mikrostruktur aus einer mikrokristallinen Phase und einer einzelnen amorphen Phase innerhalb des unmittelbaren Bereichs der mikrokristallinen Phase bestehen. Umgekehrt kann eine zusätzliche mikrokristalline Phase niedergeschlagen werden, wenn das Flächenverhältnis Sc 28% überschreitet. Das Flächenverhältnis Sc liegt vorzugsweise im Bereich von 5 bis 20%.
Nebenbei können die anderen Bedingungen, die während dem Schritt der Bildung des weichmagnetischen Dünnfilms verwendet werden sollen, so festgelegt werden, daß sie dem Verfahren der Filmbildung dienen, das angenommen werden soll.
Zur Veranschaulichung der Erfindung und noch weiteren Erklärung, so daß sie von einem Fachmann leicht ausgeführt werden kann, werden jetzt wieder nur als nicht begrenzende Beispiele weitere Ausführungen beschrieben werden mit Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen, in denen:
Fig. 1 ein Diagramm ist, das die Mikrostruktur eines weichmagnetischen Dünnfilms schematisch zeigt, der für das zweite Dünnfilm-Magnetelement dieser Erfindung verwendet werden soll.
Fig. 2 ein Diagramm ist, das das Muster der Röntgenbrechung eines weichmagnetischen Dünnfilms entsprechend der Ausführung 1 dieser Erfindung zeigt,
Fig. 3 ein Diagramm ist, das die Abhängigkeit der Halbwertsbreite und der Peakposition auf der SiO&sub2; Chipfläche zeigt, die als Ergebnis der Röntgenbrechung des weichmagnetischen Dünnfilms erhalten wird, der in der Ausführung 1 dieser Erfindung erzeugt wird,
Fig. 4 ein Diagramm ist, das die Abhängigkeit des Widerstands des weichmagnetischen Dünnfilms zeigt, der in der Ausführung 1 dieser Erfindung auf der SiO&sub2; Chipfläche erzeugt wird,
Fig. 5 ein Diagramm ist, das die Abhängigkeit der Zusammensetzung des weich- magnetischen Dünnfilms zeigt, der in der Ausführung 1 dieser Erfindung auf der SiO&sub2; Chipfläche erzeugt wird.
Fig. 6A, Fig. 6B, Fig. 6C und Fig. 6D Diagramme sind, die die Abhängigkeit der magnetischen Hystereseschleifen der weichmagnetischen Dünnfilme zeigt, die in der Ausführung 1 dieser Erfindung auf der SiO&sub2; Chipfläche erzeugt werden,
Fig. 7 ein Diagramm ist, das die Abhängigkeit der Sättigungsmagnetisierung Ms eines weichmagnetischen Dünnfilms zeigt, der in der Ausführung 1 dieser Erfindung auf der SiO&sub2; Chipfläche erzeugt wird,
Fig. 8A und Fig. 8B Diagramme sind, die die magnetischen Hystereseschleifen zeigen, die vor und nach der Durchführung der Hitzebehandlung in einem DC Magnetfeld mit dem weichmagnetischen Dünnfilm entsprechend der Ausführung 1 dieser Erfindung erhalten werden,
Fig. 9A und Fig. 9B jeweils eine Aufsicht und ein Querschnitt sind, die schematisch die Struktur eines Dünnfilminduktors zeigen, der in der Ausführung 1 dieser Erfindung erzeugt wird,
Fig. 10 ein Beispiel des Dünnfilm-Magnetelements darstellt, das mit dem weichmagnetischen Film erzeugt wird, der in der Ausführung 1 dieser Erfindung erzeugt wird,
Fig. 11 ein Diagramm ist, das die Abhängigkeit der Halbwertsbreite und der Peakposition vom Ar Gasdruck zeigt, die als Ergebnis der Röntgenbrechung des weichmagnetischen Dünnfilms erhalten wird, der in der Ausführung 2 dieser Erfindung erzeugt wird.
Fig. 12 ein Diagramm ist, das die Abhängigkeit des Widerstands des weichmagnetischen Dünnfilms, der in der Ausführung 2 dieser Erfindung erzeugt wird, vom Ar Gasdruck zeigt,
Fig. 13 ein Diagramm ist, das die Abhängigkeit der Zusammensetzung des weichmagnetischen Dünnfilms, der in der Ausführung 2 dieser Erfindung erzeugt wird, vom Ar Gasdruck zeigt, und
Fig. 14 ein Diagramm ist, das die Abhängigkeit der Sättigungsmagnetisierung Ms und der Koerzitivkraft Hc des weichmagnetischen Dünnfilms, der in der Ausführung 2 dieser Erfindung erzeugt wird, vom Ar Gasdruck zeigt.
Zuerst wird ein Beispiel des ersten Dünnfilm-Magnetelements dieser Erfindung beschrieben werden. Vor der Erklärung des Dünnfilm-Magnetelements werden Beispiele der Erzeugung der weichmagnetischen Dünnfilme zur Verwendung im ersten Dünnfilm-Magnetelement und die Ergebnisse der Beurteilung ihrer Eigenschaften beschrieben werden.

Ausführung 1:

Ein weichmagnetischer Dünnfilm, der für das erste Dünnfilm- Magnetelement verwendet werden soll, wurde wie folgt erzeugt. Unterschiedliche Zahlen von 10 mm · 10 mm · 2,3 mm großen SiO&sub2; Chips im Bereich von 0 bis 36 wurden gleichmäßig zu mehreren auf Erosionsmustern befestigt, die auf scheibenähnlichen Legierungszielobjekten mit einer Zusammensetzung von Fe0,68Co0,17Zr0,15 gezeichnet wurden, die 125 mm im Durchmesser · 3 mm in der Dicke maßen. Die Fe0,68Co0,17Zr0,15 Legierungszielobjekte, auf denen die SiO&sub2; Chips in unterschiedlicher Anzahl befestigt waren, wurden in einer RF Magnetronsputtervorrichtung aufgestellt und zur Bildung von Sputterfilmen auf sachdienlichen Si Substraten (mit 0,6 mm Dicke) gesputtert, die mit einer thermisch oxidierten SiO&sub2; Beschichtung versehen waren. Der Leistungsfluß zum Sputtern wurde mit 3,3 W/cm², der Abstand zwischen dem Zielobjekt und dem Substrat wurdet mit 75 mm und der Argongasdruck wurde mit 1,6 Pa festgelegt. Die Film bildenden Bedingungen werden in Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1 Bedingungen zur Bildung eines Dünnfilms auf Fe-Co-Zr-Si Basis
*1: Sc = (SiO&sub2; Chipfläche/Fe0,68Co0,17Zr0,15 Zielobjektfläche) x 100
Die so erhaltenen Sputterfilme (0,1 um Dicke) wurden durch Röntgenbrechung [Dünnfilmverfahren, Cu Lampe (Wellenlänge = 0,154056 nm), Neigungswinkel = 2º, 2θ: 10 bis 100º] und TEM Beobachtung auf die Struktur untersucht.
Ein Beispiel des Röntgenbrechungsmusters (SiO&sub2; Chipfläche = 36 cm²) wird in Fig. 2 gezeigt. Im in Fig. 2 gezeigten Röntgenbrechungsmuster werden die Peaks nahe 2θ = 20º, 54º und 56º als unveränderlich vom Substrat betrachtet, ein breiter Peak nahe 44º wird als der amorphe Brechungspeak der Proben betrachtet, und es liegt kein Kristallpeak vor.
Fig. 3 zeigt die Halbwertsbreite und die Peakposition (2θ) als die Ergebnisse der Röntgenbrechung als Funktionen der SiO&sub2; Chipfläche. Aus Fig. 3 wird deutlich, daß die Halbwertsbreite im Ausmaß der Zunahme der SiO&sub2; Chipfläche abnimmt, das Minimum bei der Chipfläche von 20 cm² erreicht und dann mit fortgesetzter Erhöhung der Chipfläche steigt. Die Peakposition (2θ) verlagert sich im Ausmaß der Erhöhung der SiO&sub2; Chipfläche zur höheren Winkelseite, erreicht das Maximum bei der Chipfläche von 20 cm² und verlagert sich dann im Ausmaß der weiter fortgesetzten Erhöhung der Chipfläche zur niedrigeren Winkelseite.
Dann wurden Sputterfilme, die mit unterschiedlichen SiO&sub2; Chipflächen (a) 10 cm² (Sc = 8,9%), (b) 20 cm² (Sc = 19,4 %), und (c) 36 cm² (Sc = 41,5%) erzeugt wurden, der TEM Beobaohtung unterworfen. Es wurde nachgewiesen, daß der Film (a) aus mikrokristallinen Teilchen mit etwa 5 nm Durchmesser und einer amorphen Phase bestand, die die Lücken füllte, die zwischen den mikrokristallinen Teilchen lagen, der Film (b) aus kristallinen Teilchen mit größerem Durchmesser von etwa 20 nm und einer amorphen Phase bestand, die die Lücken füllte, die zwischen den kristallinen Teilchen lagen, und der Film (c) aus einer homogenen, amorphen Phase bestand.
Aus Fig. 2, Fig. 3 und den Ergebnisse der oben erwähnten TEM Beobachtung wird deutlich bemerkt, daß die Kristallisation im Ausmaß der Erhöhung der SiO&sub2; Chipfläche vom Zustand der gemischten Phase fortschreitet, die aus einer mikrokristallinen Phase und einer amorphen Phase besteht, bei einer SiO&sub2; Chipfläche von 20 cm² einen Peak erreicht und sich im Ausmaß der fortgesetzten Erhöhung der Chipfläche zu einem homogenen, amorphen Zustand verändert. Die Ergebnisse der oben erwähnten TEM Beobachtung zeigen an, daß der Film (c), der die SiO&sub2; Chipfläche von 36 cm² (Sc = 41, 5%) verwendet, aus einer homogenen, amorphen Phase bestand, daß dieser Film als ein amorpher, weichmagnetischer Dünnfilm zur Verwendung im ersten Dünnfilm-Magnetelement geeignet ist und daß er im ersten Dünnfilm-Magnetelement einen weichmagnetischen Dünnfilm bildete.
In Verbindung mit der oben erwähnten Änderung der Mikrostruktur zeigte der Widerstand eine Neigung zur Erhöhung im Ausmaß der Erhöhung der SiO&sub2; Chipfläche, wie in Fig. 4 gezeigt wird, und der Film (c) mit der SiO&sub2; Chipfläche von 36 cm² zeigte einen Widerstand von 2470 uΩ. cm. Bei Betrachten der Tatsache, daß die oben erwähnten Filme (a), (b) und (c) unveränderlich eine amorphe Phase aufwiesen und daß der Widerstand der amorphen Phase eine überlegene Wirkung bewies, wird geschlossen, daß die Filme, die SiO&sub2; Chipflächen von 0 bis 20 cm² verwendeten, nur derartige Widerstandsgrößen annahmen, wie ihren amorphen Phasen entsprach, und daß bei den Filmen, die SiO&sub2; Chipflächen verwendeten, die 20 cm² überschritten und die in der Folge ein Verschwinden ihrer kristallinen Phasen nach sich zogen, das Si, das früher in den kristallinen Teilchen konzentriert war, in den Filmen gleichmäßig verteilt war und die Widerstandsgrößen innerhalb ihrer amorphen Phasen plötzlich stiegen.
Tabelle 2 und Fig. 5 zeigen die Filmzusammensetzungen, die erhalten werden, wenn der Ar Druck bei 1,6 Pa festgelegt wird und die SiO&sub2; Chipfläche wechselte. Die Werte beruhen auf der Annahme, daß die Gesamtmenge der Hauptbestandteile Fe, Co, Zr und Si 100 Atom % beträgt. Aus Tabelle 2 wird angemerkt, daß die Verhältnisse der Kombination von Fe, Co und Zr im wesentlichen mit jenen in den Zielobjekten zur Beladungszeit übereinstimmten. Fig. 5 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Menge (Atom %) an Si in den erzeugten Filmen und den SiO&sub2; Chipflächen zeigt. Dieses Diagramm zeigt, daß sich im Ausmaß zur Erhöhung der SiO&sub2; Chipfläche die Anteile an Si in der Zusammensetzung im wesentlichen linear erhöhten. Diese Tatsache zeigt an, daß die Erhöhung des Anteils an Si im Verhältnis zur Erhöhung der SiO&sub2; Chipfläche die Änderungen der feinen Struktur und des oben erwähnten Widerstands zustande brachten. Tabelle 2
Fig. 6A, 6B, 6C und 6D zeigen die magnetischen Hystereseschleifen der Filme als Funktionen der SiO&sub2; Chipflächen. In den Fig. 6C und 6D stellen die durchgehenden Linien die magnetischen Hysteresschleifen in der Richtung der leichten Achse der Magnetisierung dar und die strichlierten Linien jene in Richtung der schweren Achse der Magnetisierung. Die Filme mit geringen SiO&sub2; Chipflächen (0 bis 10 cm²) bewiesen keine Anisotropie, waren aber in der Filmebene isotrop (Fig. 6A, 6B).
Der Film mit der SiO&sub2; Chipfläche von 20 cm² verhielt sich wie ein senkrechter, magnetischer, anisotroper Film und war isotrop. Es wird geschlossen, daß die senkrechte, magnetische Anisotropie von Mikrokristallen abgeleitet war, deren Ebene (100) parallel zur Oberfläche des Films lag.
Der Film mit der SiO&sub2; Chipfläche von 36 cm² verhielt sich wie ein magnetischer, anisotroper Film in der Ebene. Dieses Verhalten kann durch eine Annahme erklärt werden, daß die Anisotropie der Probenform, die zur Messung der Magneteigenschaften verwendet wurde, wegen des Verschwindens der Mikrokristalle Überlegenheit gewann.
Fig. 7 zeigt die Sättigungsmagnetisierung M8 als eine Funktion der SiO&sub2; Chipfläche. Die Sättigungsmagnetisierung Ms zeigte im Ausmaß der Zunahme der SiO&sub2; Chipfläche eine Neigung zur Abnahme. Aus diesem Diagramm wird bemerkt, daß die weichmagnetischen Eigenschaften, die für einen weichmagnetischen Dünnfilm nötig sind, der in einem Dünnfilm- Magnetelement verwendet werden soll, beibehalten werden, auch wenn die SiO&sub2; Chipfläche genügend vergrößert wird, um Widerstandniveaus anzunehmen, die 1000 uΩ.cm überschreiten.
Es wurde gezeigt, daß der weichmagnetische Dünnfilm mit einer SiO&sub2; Chipfläche von 36 cm² entsprechend der ersten Ausführung einen hohen Widerstand von nicht weniger als 1000 uΩ.cm annimmt und weichmagnetische Eigenschaften beibehält, die für ein Dünnfilm-Magnetelement nötig sind.
Fig. 8A und 8B zeigen Änderungen, die in der magnetischen Hystereseschleife einer Probe verursacht wurden, die mit einer SiO&sub2; Chipfläche von 36 cm² durch eine Hitzebehandlung erzeugt wird, die bei 573 K x eine Stunde in einem DC Magnetfeld von 120 kA/m durchgeführt wird. Aus Fig. 8A und 8B wird bemerkt, daß die Probe nach der Hitzebehandlung [Fig. 8B] im Vergleich mit der gleichen Probe vor der Hitzebehandlung [Fig. 8A] auffällige Anisotropie zeigte.
Jetzt wird unten ein Beispiel der Verwendung des weichmagnetischen Dünnfilms der Ausführung 1 als ein Dünnfilm- Magnetelement beschrieben werden. Unter denselben Bedingungen, die für den weichmagnetischen Dünnfilm verwendet wurden, wie oben erwähnt wurde, wurde ein weichmagnetischer Film 12 gefertigt, der Teil eines Dünnfilminduktors 11 ist, der in Fig. 9A in einer Ansicht von oben und in Fig. 9B im Querschnitt gezeigt wird. Der Dünnfilminduktor 11, der in Fig. 9 gezeigt wird, wurde gebaut, indem weichmagnetische Filme 12, 12 auf den entgegengesetzten Hauptoberflächen einer ebenen Spule 13 eines Doppelwendeltyps gelegt wurden. Die ebene Spule 13 wurde mit einer Isolationsschicht 14 von den weichmagnetischen Filmen 12, 12 mehrfach isoliert. Der Dünnfilminduktor 11 dieses Beispiels nahm sehr zufriedenstellende Eigenschaften an, wie durch eine im wesentlichen flache Induktion bis zu 10 MHz und einen Qualitätsfaktor Q von nicht weniger als 10 bei 8 MHz gezeigt wird.
Ein Dünnfilm-Magnetkopf 21 mit einer Lücke 24, der in Fig. 10 gezeigt wird, wurde durch die Verwendung eines amorphen, weichmagnetischen Dünnfilms 22 gefertigt, der unter denselben Bedingungen gebildet wurde, wie sie für den weichmagnetischen Dünnfilm des oben angegebenen Beispiels verwendet werden. Insbesondere wurde der Dünnfilm-Magnetkopf 21 durch Beschichten einer Oberfläche eines nicht magnetischen Glasträgers 23 mit Glas und durch abwechselndes Übereinanderlegen der amorphen, weichmagnetischen Dünnfilme und der oben erwähnten, isolierenden Filme bis zu einer vorgeschriebenen Dicke auf der anderen Oberfläche des nicht magnetischen Glasträgers 23 erzeugt. Wenn dieser Dünnfilm-Magnetkopf durch die Verwendung eines Trommelprüfers und eines Metallbands bei Frequenzen von 5 MHz und 8,5 MHz auf Eigenschaften geprüft wurde, erzeugte er sehr zufriedenstellende Ergebnisse einschließlich eines Leistungsverhältnisses (8,5 MHz/5 MHz) von -4 bis -5 dB, bestimmt durch die Verwendung eines optimalen Aufnahmestroms.

Ausführung 2:

Jetzt wird ein Beispiel des zweiten Dünnfilm-Magnetelements dieser Erfindung beschrieben werden.
Vor der Erklärung des Dünnfilm-Magnetelements werden Beispiele des weichmagnetischen Dünnfilms zur Verwendung im zweiten Dünnfilm-Magnetelement und die Ergebnisse der Beurteilung seiner Eigenschaften beschrieben werden.
Die weichmagnetischen Dünnfilme, die für das Dünnfilm- Magnetelement der Ausführung 2 verwendet werden sollen, wurden wie folgt erhalten. Zehn SiO&sub2; Chips mit den Maßen 10 mm · 10 mm · 2,3 mm wurden gleichmäßig auf einem Erosionsmuster auf scheibenähnlichen Legierungszielobjekten mit einer Zusammensetzung von Fe0,68CO0,17Zr0,15 und einem Maß von 125 mm Durchmesser und 3 mm Dicke verteilt. Die Fe0,68CO0,17Zr0,15 Legierungszielobjekte, auf denen 10 SiO&sub2; Chips befestigt waren, wurden in einer RF Magnetronsputtervorrichtung aufgestellt und auf ein Si Substrat (0,6 mm Dicke) gesputtert, das mit einer thermisch oxidierten SiO&sub2; Schicht versehen war. Die Leistung, die für das Sputtern geliefert wurde, wurde mit 3,3 W/cm² und der Abstand zwischen dem Zielobjekt und dem Substrat wurde mit 75 mm festgelegt, und der Ar Gasdruck wurde im Bereich von 1,3 bis 3,3 Pa gewechselt. Die Film bildenden Bedingungen werden in Tabelle 3 gezeigt. Tabelle 3 Bedingungen zur Bildung eines Dünnfilms auf Fe-Co-Zr-Si Basis
*1: Sc = (SiO&sub2; Chipfläche/Fe0,68CO0,17Zr0,15 Legierungszielobjektfläche) · 100
Die Struktur der so erhaltenen Sputterfilme (0,1 jim Dicke) wurde durch Röntgenbrechung [Dünnfilmverfahren, Cu Lampe (Wellenlänge = 0,154056 nm), Neigungswinkel = 2º, 2θ: 10 bis 100º] und TEM Beobachtung analysiert.
Fig. 11 zeigt die Halbwertsbreite und die Peakposition (2θ) als die Ergebnisse der Röntgenbrechung als Funktionen des Ar Gasdrucks. Aus Fig. 11 wird deutlich, daß die Halbwertsbreite und die Peakposition (2θ) keine starke Abhängigkeit vom Ar Gasdruck zeigten. Die Filme (d) und (e) die durch Sputtern unter den Bedingungen gebildet wurden, die in Tabelle 3 gezeigt werden, während jeweils Ar Gasdrücke von 1,6 Pa (d) und 3,3 Pa (e) verwendet wurden, wurden durch TEM Beobachtung geprüft. Die Ergebnisse dieser Prüfung zeigen an, daß der Film (d) aus mikrokristallinen Teilchen mit einem Durchmesser von etwa 5 nm und einer amorphen Phase bestand, die die Lücken füllte, die zwischen den mikrokristallinen Teilchen lagen, und der Film (e) aus mikrokristallinen Teilchen mit einem Durchmesser von etwa 5 nm und zwei amorphen Phasen mit klarem Kontrast bestand, von denen eine so verteilt war, daß sie die unmittelbare Nachbarschaften der mikrokristallinen Teilchen und die andere amorphe, körnige Phase füllte.
Aus Fig. 11 und den Ergebnissen der oben erwähnten TEM Beobachtung wird deutlich bemerkt, daß es durch Erhöhen des Ar Gasdrucks ermöglicht wurde, den weichmagnetischen Dünnfilm mit der Mikrostruktur zu erhalten, die aus mikrokristallinen Teilchen und einer körnigen, amorphen Phase und einer weiteren amorphen Phase bestand, die so verteilt war, daß sie die unmittelbare Nachbarschaften der mikrokristallinen Teilchen und der körnigen, amorphen Phase füllte. Aus den Ergebnissen der oben erwähnten TEM Beobachtung wird deutlich, daß der Film (e), der unter Verwendung eines Ar Gasdrucks von 3,3 Pa erzeugt wurde, als ein gemischtphasiger, weichmagnetischer Dünnfilm für die Verwendung im zweiten Dünnfilm-Magnetelement geeignet war.
In Zusammenhang mit der Änderung der oben erwähnten Mikrostruktur zeigte der Widerstand im Ausmaß der Erhöhung des Ar Gasdrucks eine Neigung zur Erhöhung, wie in Fig. 12 gezeigt wird, und der Film, der unter Verwendung eines Ar Gasdruckes von 3,3 Pa erzeugt wurde, zeigte einen Widerstand von 1440 uΩ.cm.
Tabelle 4 und Fig. 13 zeigen die Filmzusammensetzungen, die als Funktion der Größen des Ar Drucks erhalten werden. Die Werte beruhen auf der Annahme, daß die Gesamtmenge der Hauptbestandteile Fe, Co, Zr und Si 100 Atom % beträgt. Aus Tabelle 4 wird bemerkt, daß die Verhältnisse der Kombination von Fe, Co und Zr im wesentlichen mit jenen der Zielobjekte zur Beladungszeit zusammenfielen. Fig. 13 ist ein Diagramm, das das Verhältnis zwischen der Menge (Atom %) von Si in den erzeugten Filmen und dem Ar Gasdruck zeigt. Dieses Diagramm zeigt, daß der Anteil an Si in der Zusammensetzung relativ zum Ar Gasdruck praktisch keine Änderung zeigte. Diese Tatsache zeigt an, daß die Änderungen der Mikrostruktur und des oben erwähnten Widerstands nicht durch Änderungen der Zusammensetzung zustande gebracht wurden. Tabelle 4
Fig. 14 zeigt die Sättigungsmagnetisierung Ms und die Koerzitivkraft H~ als Funktionen des Ar Gasdrucks. Aus dem Diagramm wird bemerkt, daß die Sättigungsmagnetisierung Mg in dem Ausmaß eine Neigung zur Abnahme zeigte, wie der Ar Gasdruck stieg, und die Koerzitivkraft Hc in dem Ausmaß eine Neigung zur zeitweisen Abnahme zeigte, wie der Ar Gasdruck stieg, und mit der fortgesetzten Erhöhung des Ar Gasdrucks nach der Grenze von etwa 2 Pa eine Neigung zum Steigen. Aus diesem Diagramm wird bemerkt, daß die weichmagnetischen Eigenschaften, die für einen weichmagnetischen Dünnfilm nötig sind, der in einem Dünnfilm-Magnetelement verwendet werden soll, beibehalten werden, auch wenn der Ar Gasdruck in einem derartigen Ausmaß erhöht wird, daß ein Widerstandswert von über 1000 uΩ.cm angenommen wird.
Es wurde gezeigt, daß der weichmagnetische Dünnfilm (der durch die Verwendung eines Ar Gasdrucks von 3,3 Pa erzeugt wird) entsprechend der vorliegenden Ausführung einen hohen Widerstand von nicht weniger als 1000 mΩ.cm annimmt und weichmagnetische Eigenschaften beibehält, die für ein Dünnfilm-Magnetelement nötig sind.
Jetzt wird das Dünnfilm-Magnetelement in der Ausführung 2 beschrieben werden. Unter denselben Bedingungen, die für den gemischtphasigen, weichmagnetischen Dünnfilm verwendet wurden, wie oben erwähnt wurde, wurde ein weichmagnetischer Film 12 gefertigt, der Teil eines Dünnfilminduktors 11 ist, der in den Fig. 9A und 9B gezeigt wurde. Der Dünnfilminduktor dieses Beispiels nahm sehr zufriedenstellende Eigenschaften an, wie durch eine im wesentlichen flache Induktion bis zu 8 MHz und einen Qualitätsfaktor Q von nicht weniger als 8 bei 5 MHz gezeigt wird.
Wie oben beschrieben wurde, kann das Dünnfilm-Magnetelement dieser Erfindung den Wirbelstromverlust sogar bei einer Betriebsfrequenz unterdrücken, die eine Hochfrequenzzone im Niveau von MHz überschreitet, weil es einen weichmagnetischen Dünnfilm verwendet, der gleichzeitig einen hohen elektrischen Widerstand und eine sehr zufriedenstellende, magnetische Sättigungsinduktion erzielt. Wenn das Dünnfilm- Magnetelement dieser Erfindung zum Beispiel in einem Dünnfilm-Magnetkopf angewendet wird, dient es dem Zweck der Steigerung der Regenerationsleistung des Magnetkopfs. Wenn es zum Beispiel in einem Dünnfilminduktor angewendet wird, dient es dem Zweck der Verbesserung der Wirksamkeit der Energieumwandlung.

Claims

1. Ein weicher magnetischer Dünnfilm, gekennzeichnet durch eine Zusammensetzung, im wesentlichen dargestellt durch die allgemeine Formel (1):

T100-x-yMx(AOv)y ..... (1)

worin T wenigstens eines aus Fe oder Co darstellt; M wenigstens eines aus Zr, Hf, Nb und Y darstellt; und A wenigstens eines aus Si, Ge, Sn, B, P und C darstellt; und worin x,

y und v jeweils den Ausdruck 5 ≤ x ≤ 20 Atom-%, 8 ≤ y ≤ 25 Atom-%, bzw. 0 ≤ v ≤ 2 erfüllen und die im wesentlichen aus einer homogenen amorphen Phase besteht sowie einen Widerstand von nicht weniger als 1000 uΩ.cm aufweist.

2. Weicher magnetischer Dünnfilm nach Anspruch 1, worin der Wert von y in dem Bereich von 10 bis 18 Atom-% liegt.

3. Weicher magnetischer Dünnfilm nach Anspruch 1 oder 2, worin M gleich Zr sowie A gleich Si ist.

4. Weicher magnetischer Dünnfilm nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Sättigungsmagnetisierung des weichen magnetischen Dünnfilms nicht weniger als 0,8 T beträgt.

5. Ein Dünnfilm-Magnetelement welches einen weichen Dünnfilm umfaßt, wie er in einem der vorhergehenden Ansprüche beansprucht wurde und der sich in einem engen Kontakt mit einem Substrat befindet.

6. Dünnfilm-Magnetelement nach Anspruch 5, in der Form eines Dünnfilm- Magnetkopfes.

7. Dünnfilm-Magnetelement nach Anspruch 5, in der Form eines Dünnfilm- Induktors.

8. Ein weicher magnetischer Film, gekennzeichnet durch eine Zusammensetzung, im wesentlichen dargestellt durch die allgemeine Formel (2):

T100-x-zMx(AOv)z ..... {2)

worin T wenigstens eines aus Fe oder Co darstellt; M wenigstens eines aus Zr, Hf, Nb und Y darstellt; und A wenigstens eines aus Si, Ge, Sn, B, P und C darstellt; und worin x, z und v jeweils den Ausdruck 5 ≤ x ≤ 20 Atom-%, 1 ≤ z ≤ 10 Atom%, bzw. 0 ≤ v ≤ 2 erfüllen und die eine Mikrostruktur aufweist, im wesentlichen bestehend aus einer mikrokristallinen Phase und einer ersten amorphen Phase sowie einer zweiten amorphen Phase, verteilt um die anderen Phasen herum.

9. Weicher magnetischer Film nach Anspruch 8, worin der Widerstand des weichen magnetischen Dünnfilms nicht weniger als 1000 uΩ. cm beträgt.

10. Weicher magnetischer Film nach Anspruch 8 oder 9, worin der Wert von z in dem Bereich von 2 bis 9 Atom-% liegt.

11. Weicher magnetischer Film nach einem der Ansprüche 8 bis 10, worin die Sättigungsmagnetisierung des weichen magnetischen Dünnfilms nicht weniger als 0,8 T beträgt.

12. Weicher magnetischer Dünnfilm nach einem der Ansprüche 8 bis 11, 1, worin M gleich Zr sowie A gleich Si ist.

13. Ein Dünnfilm-Magnetelement welches einen weichen magnetischen Dünnfilm nach einem der Ansprüche 8 bis 12 umfaßt, der sich in einem in einem engen Kontakt einem Substrat befindet.

14. Dünnfilm-Magnetelement nach Anspruch 13, in der Form eines Dünnfilm- Magnetkopfes.

15. Dünnfilm-Magnetelement nach Anspruch 13, in der Form eines Dünnfilm- Magnetinduktors.

16. Ein Verfahren zur Herstellung eines weichen magnetischen Dünnfilms, geeignet für die Verwendung in einem Dünnfilm-Magnetelement, wobei das Verfahren einen Schritt des Formens eines amorphen, weichen magnetischen Dünnfilms umfaßt, welcher eine Zusammensetzung aufweist, im wesentlichen dargestellt durch die allgemeine Formel; T100-x-yMx(AOv)y, worin T wenigstens eines aus Fe oder Co darstellt; M wenigstens eines aus Zr, Hf, Nb und Y darstellt; und A wenigstens eines aus Si, Ge, Sn, B, P und C darstellt; und worin x, y und v jeweils den Ausdruck 5 < x ≤ 20 Atom-%, 8 ≤ y ≤ 25 Atom-%, bzw. 0 < v 2 erfüllen, wobei der Schritt einen Unterschritt umfaßt, des gleichförmigen Verteilens eines zweiten filmbildenden Zielobjekts, welches im wesentlichen dargestellt ist durch die allgemeine Formel; AOw, wobei A wie oben definiert ist und w den Ausdruck erfüllt; 1 ≤ x ≤ 2,5, auf einem ersten flimbildenden Zielobjekt, welches im wesentlichen dargestellt ist durch die allgemeine Formel T100-xMx, worin T und M wie oben definiert sind und x den Ausdruck erfüllt; 5 ≤ x ≤ 20 Atom%, bei einem Flächenverhältnis von dem zweiten Zielobjekt zu dem ersten Zielobjekt in dem Bereich von 28% bis 58%.

17. Ein Verfahren zur Herstellung eines weichen magnetischen Dünnfilms, geeignet für die Verwendung in einem Dünnfilm-Magnetelement, wobei das Verfahren einen Schritt des Formens eines weichen magnetischen Dünnfilms einer Mikrostruktur umfaßt, welche eine Zusammensetzung aufweist, im wesentlichen dargestellt durch die allgemeine Formel; T100-x-zMx(AOv)z, worin T wenigstens eines aus Fe oder Co darstellt; M wenigstens eines aus Zr, Hf, Nb und Y darstellt; und A wenigstens eines aus Si, Ge, Sn, B, P und C darstellt; und worin x, z und v jeweils den Ausdruck 5 · 20 Atom-%, 1 ≤ z ≤ 10 Atom-%, bzw. 0 ≤ v ≤ 2 erfüllen, und im wesentlichen bestehend aus einer mikrokristallinen Phase und einer ersten amorphen Phase und einer zweiten amorphen Phase, verteilt um die anderen Phasen, wobei der Schritt einen Unterschritt umfaßt, des gleichförmigen Verteilens eines zweiten filmbildenden Zielobjekts, welches im wesentlichen dargestellt ist durch die allgemeine Formel; AOw, wobei A wie oben definiert ist und w den Ausdruck erfüllt; 1 ≤ x ≤ 2,5, auf einem ersten filmbildenden Zielobjekt, welches im wesentlichen dargestellt ist durch die allgemeine Formel T&sub1;&sub0;&sub0;&submin; xMx, worin T und M wie oben definiert sind und x den Ausdruck erfüllt; 5 ≤ x ≤ 20 Atom- %, bei einem Flächenverhältnis von dem zweiten Zielobjekt zu dem ersten Zielobjekt in dem Bereich von 3% bis 28%, bei einem Druck von nicht weniger als 2 Pa.

18. Verfahren nach Anspruch 17, worin das Flächenverhältnis von dem zweiten Zielobjekt zu dem ersten Zielobjekt in dem Bereich von 5 bis 20% liegt.