JPH0483313A - 軟磁性薄膜並びに磁気ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、磁気録画再生装置（ＶＴＲ）　、磁気録音再
生装置等の磁気記録再生装置における磁気ヘッド等に用
いられる軟磁性薄膜並びに磁気ヘッドに関するものであ
る。

従来の技術 近年の磁気記録分野における高密度記録化の要求に対し
て、高保磁力媒体に対応した高性能磁気ヘッドの開発が
進められている。磁気ヘッドの特性は、それに使用する
コア材料の材料特性に密接に関連しており、磁気ヘッド
の高性能化に向けて、高い飽和磁束密度、低い磁歪を有
し、熱的に安定な優れた軟磁気特性（低い保磁力、高い
透磁率）を有する高性能軟磁性薄膜が要求されている。

゛このような要求に対し、フェライトの飽和磁束密度は
約０．５Ｔ、パーマロイ、センダスト、Ｃ。

県北品質材料でも約１１前後と低く、これら従来の材料
では飽和磁束密度に限界が有る。

そこで、Ｆ　ｅ−３ｉ／Ｎ　ｉ−Ｆ　ｅ、　Ｆ　ｅ−Ｃ
／Ｎｉ−Ｆｅ、Ｆｅ／５ｔｏｔ、Ｆｅ−Ａｌ−Ｎ／Ｓ　
１−Ｎ５Ｆ　ｅ−Ｎｂ／Ｆ　ｅ−Ｎｂ−Ｎ等の様に数十
〜数百人の異種類の磁性膜、あるいは非磁性膜の極薄膜
を交互に積層した多層膜において、高飽和磁束密度を有
すると共に、熱的に安定な良好な軟磁気特性を示す材料
が提供されている。そして、これら多層膜の高飽和磁束
密度、優れた軟磁気特性はＦｅ主成分の微細結晶粒組織
に起因していると考えられている。つまり、数十〜数百
人の異種類の極薄膜を交互に積層することにより、膜の
厚み方向の粒成長を抑制し、二次元的に、結晶粒の微細
化を図ろうとしたものである。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、これらの多層膜からなる軟磁性薄膜を磁
気ヘッドコア材料として用いる場合、数十〜数百人の異
種類の極薄膜を交互に積層し、総膜厚を数μｍ〜数十μ
ｍ形成する必要があるため、成膜プロセスが繁雑であり
、また、各層が異種類の極薄膜であるため、膜厚制御が
困難であり、成膜速度を速くすることが出来ず、量産性
に問題がある。また、磁気特性の異なる異種類の極薄膜
を交互に積層してなる軟磁性薄膜であるため、膜の厚み
方向の磁気特性（飽和磁束密度、磁歪、保磁力、透磁率
）が不均一であるという問題を生じる。

特に、これら微細結晶粒組織からなる軟磁性薄膜は薄膜
磁歪が大きくても、見掛は上の結晶磁気異方性が低下す
るため、良好な軟磁気特性が得られるが、薄膜磁歪が大
きな材料が多く、磁気へ・ノド加工プロセスに於けるギ
ャップ形成時等の外部圧力による逆磁歪効果により、磁
気へ・ノドの再生出力が劣化するという問題を生じる。

本発明は、上述の問題点を解決するためになされたもの
であり、前述の様な、量産性、及び膜厚方向の磁気特性
に問題のある異種類の極薄膜の多層化によらず、単層膜
の状態で、三次元的に結晶粒の微細化を図り、高い飽和
磁束密度、低い磁歪、及び熱的安定性に優れた軟磁性を
有する鉄基合金から成る軟磁性薄膜、及び前記軟磁性薄
膜を磁気ヘッドコア材料として用いた磁気ヘッドを提供
しようとするものである。

課題を解決するための手段 本発明者は、高い飽和磁束密度を有するＦｅ基合金薄膜
において、単層膜の状態で結晶粒の微細化を図り、高飽
和磁束密度、低磁歪、及び熱的安定性に優れた軟磁性を
有する合金薄膜を開発することを目的とする研究を行っ
た。成膜直後の薄膜の金属組織が、粒成長した結晶質の
状態では、熱処理を行ってもＦｅ主成分の微細結晶粒組
織を実現することが出来ず、成膜直後の状態を非晶質状
にし、熱処理により微細結晶粒を析出する必要がある。

一般に、平衡状態図上、共晶組成の合金を共晶点直上の
温度から急冷することにより、非晶質合金が形成され易
いことが知られている。また、Ａｒ−Ｎ、混合ガス中で
薄膜を形成することにより、結晶粒が微細化し易いこと
が知られている。

そこで、Ｆｅ主成分の微細結晶粒組織を実現する目的で
、平衡状態図上、Ｆｅ高濃度側で共晶点を有する共晶点
近傍組成のＦｅ−Ｎｂ系合金に着目し、Ａｒ−Ｎ、混合
ガス中で薄膜を形成する研究を行ったところ、Ｆｅ−Ｎ
ｂ／Ｆｅ−Ｎｂ−Ｎ等のような窒化−非窒化の多層膜化
によらずとも、単層膜の状態で結晶粒が微細化し、高い
飽和磁束密度、及び熱的安定性に優れた軟磁気特性（低
い保持力、高い透磁率）、特に、低い磁歪を呈するとい
う事実を見いだし請求項（１）の発明に至った。

また、Ｆｅを主成分とし、Ｎ、Ｎｂを含むと共に、Ｔｉ
、Ｔａ、Ｃｒ元素の少なくとも１種の元素を含む系の軟
磁性合金薄膜は、特に組成範囲において、更に優れた軟
磁気特性の熱的安定性、及び更に優れた耐摩耗性、耐食
性を併せ持つという事実を見いだし請求項（２）の発明
に至った。

請求項（３）の発明に係わる磁気ヘッドは、信顛性高（
、高密度記録を達成するために、高い飽和磁束密度、低
い磁歪と優れた軟磁気特性を有すると共に耐食性、およ
び耐摩耗性に優れた本発明の軟磁性薄膜を磁気ヘッドコ
ア材料として用いたものである。

作用 請求項（１）の発明の構成によれば、Ｆｅ高濃度側で共
晶点を有する共晶点近傍組成のＦｅ−Ｎｂ系合金をＡ　
ｒ−Ｎ、混合ガス中で薄膜化した、特定の組成範囲のＦ
ｅ、Ｎｂ、Ｎの元素を含む系の軟磁性合金薄膜であるか
ら、Ｆｅ主成分の微細結晶粒組織を有し、優れた軟磁気
特性とその熱的安定性、高飽和磁束密度、特に、低磁歪
を有すると共に、優れた耐摩耗性、耐食性を併せ持つこ
とが出来る。また、請求項（２）の発明の構成によれば
、Ｆｅを主成分とし、Ｎ、Ｎｂを含むと共に、Ｔｉ、Ｔ
ａ、Ｃｒ元素の少なくとも１種の元素を含む系の特定の
組成範囲の軟磁性合金薄膜であるから、更に軟磁気特性
の熱的安定性に優れ、優れた耐摩耗性、耐食性を併せ持
つことが出来る。

請求項（３）の発明の構成によれば、高い飽和磁束密度
、低い磁歪と熱的安定性に優れた軟磁気特性を有すると
共に、優れた耐摩耗性、耐食性を併せ持つ前記軟磁性薄
膜を磁気ヘッドコア材料として使用した磁気ヘッドであ
るから、信鯨性の高い磁気ヘッドで高密度記録を達成す
ることが出来る。

実施例 実施例ｌ Ｆｅ８３〜９５原子％、Ｎｂ５〜１７原子％の組成範囲
のＦｅＮｂ合金ターゲットを用い、Ａｒガス中にＮ２ガ
スを導入し、全圧１２ｍＴｏｒｒ、　Ｎｔ分分圧全全圧
比Ｐ　Ｈｔ／　Ｐ　ｙｏｔ−ｔ　）２．５％、投入電力
４００Ｗで高周波反応性スパッタ法より、水冷した基板
上に膜圧２μｍの軟磁性薄膜を形成した。膜の組成分析
は、ラグフォード後方散乱分光法により行った（以下、
膜組成Ｆｅ７７原子％、Ｎｂ１Ｏ原子％、Ｎ１３原子％
等はＦ　ｅ　７７Ｎ　ｂ　ｔｏＮ　１３のように示す）
。

これらの軟磁性薄膜を５　Ｘｌ０−’Ｔｏｒｒ以下の真
空中において、５０００ｅの回転磁場中で、５００″Ｃ
の温度で１時間の熱処理を行った。これらの軟磁性薄膜
の保持力Ｈｃ、ＩＭＨｚの実効透磁率μ。、飽和磁束密
度Ｂｓ、及び飽和磁歪λＳを測定した。

その結果を第１表に示した。第１表に示すように、膜の
軟磁気特性は、共晶点近傍組成のＮｂ含有量７〜１４原
子％の範囲で良好な特性（低い保持力Ｆｅ１高い実効透
磁率μ。）を示す。特に、Ｎｂ含有量１０原子％で最も
優れた軟磁気特性を示す。飽和磁歪λＳは、Ｎｂ含有量
で７〜１４原子％の範囲でｌＸｌ０−’以下の低い値を
示し、Ｎｂ含有量４原子％では大きなλＳ値を示す。飽
和磁束密度Ｂｓは、Ｎｂ含有量の増加と共に減少する傾
向を示し、Ｎｂ含有量１４原子％でも１．５Ｔもの高い
値を示す。

従って、優れた軟磁気特性、低い磁歪、高い飽和磁束密
度を示す膜中のＮｂ含有量は、７〜１４原子％の範囲で
あることが分かった。

第１表 次に同様の反応性スパッタ法により、共晶組成のＦ　ｅ
　ｔｏＮ　ｂ　ｌｚ合金ターゲットを用い、Ｎ２分圧対
全圧比Ｏ〜５％の範囲で膜厚２μｍのＦｅＮｂＮ合金膜
を形成した。これらの軟磁性薄膜を５×１０−’Ｔｏｒ
ｒ以下の真空中において、５０００ｅの回転磁場中で、
５００℃の温度で１時間の熱処理を行い、これらの軟磁
性薄膜の保磁力Ｈｃ、飽和磁束密度Ｂｓ、及び飽和磁歪
λＳを測定した。Ｎ２分圧対全圧比と保磁力Ｈｃの関係
を第１図に示す。

保磁力Ｈｃは、Ｎ２分圧対全圧比２．５％で最小値０．
３０ｅを示し、１．７％〜３．５％の範囲でｌｏｅ以下
の低保磁力を示す。Ｎ２分圧対全圧比と飽和磁束密度Ｂ
ｓの関係を第２図に示す。飽和磁束密度Ｂｓは、Ｎ２分
圧対全圧比２．５％で最大値１．７Ｔを示し、５％でも
１．３Ｔもの値を示す。次に、Ｎ２分圧対全圧比と飽和
磁歪λＳの関係を第３図に示す。飽和磁歪λＳは、Ｎ２
分圧対全圧比１．７〜３．５％の範囲でＩ　Ｘｌ０−’
以下の低磁歪を示す。

従って、優れた軟磁気特性、低い磁歪、高い飽和磁束密
度を示すＮ２分圧対全圧比は１．７〜３．５％の範囲で
あることが分かった。

次に、Ｎ２分圧対全圧比と膜中の窒素含有量との関係は
、第４図に示すように、直線的関係にあることが分かる
。従って、優れた軟磁気特性、低い磁歪、高い飽和磁束
密度を示す膜中のＮ含有量は、５〜１６原子％の範囲で
あることが分かった。

第５図に、最も優れた磁気特性を示した熱処理後のＦｅ
２．７ＮｂｌＯＮ１３合金膜のＸ線回折（Ｃｕ−にα線
）の測定結果を示す。図より、膜構造は、α−Ｆｅの微
細結晶粒組織であることが分かる。

デバイ−シェラ−の式から結晶粒径を算出すると、約３
０人の微細結晶粒であった。比較として、良好な軟磁気
特性の得られなかったＦｅ５ｘＮｂ４Ｎ＋ｚ合金膜のＸ
線回折（Ｃｕ−にα線）の測定結果を第６図に示す。デ
バイ−シェラ−の式から結晶粒径を算出すると、約１０
０人に粒成長していた。

また、同様の反応性スパッタ法により、ＦｅｗｚＮ　ｂ
　＋。Ｔ　ａ　ａ　Ｎ　１３合金膜を作成し、耐食性、
耐摩耗性、及び軟磁気特性の熱処理温度依存性を調べた
ところ、ＦｅｔｔＮｂ＋。Ｎ１ｆｆ合金膜よりも、更に
、耐摩耗性に優れ、熱的安定性にも優れていることが分
かった。なお、本実施例では、Ｆｅ７：ＩＮｂ＋ｅＴ　
ａ　４　ＮＩｓ合金膜について説明したが、前記以外の
Ｆｅを主成分としＮを５〜１６原子％Ｎｂを７〜１４原
子％含むと共に、Ｔａ、Ｔｉ、Ｃｒ元素の１種もしくは
２種以上の元素を０．５〜６原子％含む組成を有する鉄
基単層合金から成る軟磁性薄膜でも同様の効果を有する
。また、前記スパッタ法はＡｒガス中にＮ２ガスを混入
させた反応性スパッタ法に限るものではなく、窒化物を
ターゲットに用いたスパッタ法、直流または高周波によ
る二極、三極、マグネトロン方式のスパッタ法、および
バイアススパッタ法、イオンビームスパッタ法において
も同様の効果を有する。また、前記スパッタ法以外の電
子ビーム蒸着法、クラスターイオンビーム法、ＭＢＥ法
においても同様の効果を有する。

実施例２ 第７図に示すように、磁路の大部分をフエライトエで構
成し、磁気的に飽和しやすいギヤツブ２近傍部にのみ軟
磁性薄膜３を設けた構造の磁気ヘッド（Ｍ　Ｉ　Ｇヘッ
ドと呼ばれている）において、軟磁性薄膜３部分に実施
例１で作成した飽和磁束密度１６６Ｔの鉄基単層合金か
ら成る軟磁性薄膜を用いて前記ＭＩＧヘッドを作製した
。前記鉄基単層合金から成る軟磁性薄膜の膜厚（第７図
中し、Ｍ）は各々５μｍとし、ギャップ長０．１５μｍ
、トラック幅５μｍ、ギャップデプス２０μｍ、コイル
の巻き数は２２ターンとした。また、比較として、飽和
磁束密度１．ＩＴのセンダスト膜を軟磁性薄膜３部分に
用いて前記同様の構造のＭＩＧヘッドを作製し、Ｃｏ−
Ｃｒ単層媒体（厚み０．２μｍ、Ｈｃ（±）＝１３００
０ｅＳＨｋ＝５ＫＯｅ）での記録再生特性を調べた。周
速３ｍ／ｓｅｅで自己録再で行った。その結果、本発明
の鉄基単層合金から成る軟磁性薄膜を磁気ヘッドコア材
料として用いた磁気ヘッドは、センダスト膜を磁気ヘッ
ドコア材料として用いた磁気ヘッドに比べて約３ｄＢの
出力の増加が得られた。

発明の効果 請求項（１）の発明によれば、熱的に安定な優れた軟磁
気特性と高飽和磁束密度特に、低磁歪を有すると共に、
優れた耐摩耗性、耐食性を併せ持つ軟磁性薄膜を提供す
ることが出来、本発明の軟磁性薄膜を使用する磁気ヘッ
ドは、例えば、磁気記録媒体と速い相対速度で摺動する
高品位ＶＴＲ等に好適である。

請求項（２）の発明によれば、請求項（１）の発明によ
る軟磁性薄膜よりも、更に、熱的安定性に優れた軟磁気
特性を有すると共に、更に、優れた耐摩耗性、耐食性を
併せ持つ軟磁性薄膜を提供することが出来る。

請求項（３）の発明によれば、高い飽和磁束密度、低い
磁歪と熱的安定性に優れた軟磁気特性を有すると共に、
優れた耐摩耗性、耐食性を併せ持つ軟磁性薄膜を磁気ヘ
ッドコア材料として使用した磁気ヘッドであるから、信
転性の高い磁気ヘッドで高密度記録を達成することが出
来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例で作成した軟磁性薄膜のＮ２
分圧対全圧比と保磁力Ｈｃの関係を示す図、第２図はＮ
２分圧対全圧比と飽和磁束密度ＢＳの関係を示す図、第
３図はＮ２分圧対全圧比と飽和磁歪λＳの関係を示す図
、第４図はＮｚ分圧対全圧比と膜中の窒素含有量との関
係を示す図、第５図および第６図はＸ線回折図、第７図
は磁気ヘッドの概略図である。 １・・・・・・フェライト、２・・・・・・ギャップ、
３・・・・・・軟磁性薄膜、４・・・・・・ガラス。 代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　ばか１名第 図 を青分民／命瓦げ／。） 第 図 ２　　　　　　３　　　　　　仝 ｔ！　を９Ｔｔ−／　全Ｈ（’／、） 第 図 窒素分氏／仝及 （χ→ 第 区 θ 窒秦分Ｘ／４瓦（ン、） 第 図 Ｚθ（Ｎり 第 図 Ｚθ（慶）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｆｅを主成分としＮを５〜１６原子％、Ｎｂを７
   〜１４原子％含む組成を有することを特徴とする鉄基単
   層合金から成る軟磁性薄膜。
2. （２）Ｆｅを主成分としＮを５〜１６原子％、Ｎｂを７
   〜１４原子％含むと共に、Ｔａ、Ｔｉ、Ｃｒ元素の少な
   くとも１種の元素を０．５〜６原子％含む組成を有する
   ことを特徴とする鉄基単層合金から成る軟磁性薄膜。
3. （３）請求項（１）または（２）のいずれかに記載の軟
   磁性薄膜を磁気ヘッドコア材料として用いたことを特徴
   とする磁気ヘッド。