JPS63119209A - 軟磁性薄膜 - 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、磁気ヘッドのコア材等として使用される軟磁
性薄膜に関するものであり、特に高磁束密度及び高電気
抵抗を有する新規なアモルファス軟磁性薄膜に関する。

〔発明の概要〕

本発明は、軟磁性薄膜の組成として遷移金属と２種類の
異なる半金属（半導体）元素〔ここではＢ、　Ｃ，Ｓｔ
）とを組み合わせることにより、強磁性アモルファス相
と非磁性アモルファス相の２相が微細に分散した構造を
有する新規なアモルファス軟磁性薄膜を提供し、 高周波特性に優れ、高抗磁力媒体対応の短波長記録用磁
気ヘッド技術に応用可能な軟磁性薄膜を実現しようとす
るものである。

〔従来の技術〕

例えばＶＴＲ（ビデオテープレコーダ）等の磁気記録再
生装置においては、画質等を向上するために記録信号の
高密度化や高周波数化等が進められており、これに対応
して磁性粉にＦｅ、Ｃｏ。

Ｎｉ等の強磁性金属の粉末を用いた所謂メタルテープや
、強磁性金属材料を蒸着等の手法により直接ベースフィ
ルム上に被着した所謂蒸着テープ等の高抗磁力媒体が実
用化されつつある。

ところで、磁気記録媒体の高抗磁力化が進むにつれ、記
録再生に使用する磁気ヘッドのヘッド材料に高飽和磁束
密度化が要求されることは容易に理解されるところであ
り、例えば従来ヘッド材料として多用されているフェラ
イト材では、飽和磁束密度が低く媒体の高抗磁力化に充
分に対処することは難しい。

このような状況から、磁気ヘッドを構成する磁気コアを
フェライトやセラミクス等と高飽和磁束密度を有する軟
磁性薄膜との複合構造とし、軟磁性薄膜同士を突き合わ
せて磁気ギャップを構成するようにした複合型磁気ヘッ
ドや、各磁気コアやコイル等を薄膜技術により形成しこ
れらを絶縁膜を介して多層構造とした薄膜磁気ヘッドが
開発されている。

この場合、軟磁性薄膜としては、例えば高飽和磁束密度
を有するＦｅ−Ａβ−３ｔ系合金磁性薄膜（いわゆるセ
ンダスト薄膜）等が知られているが、このＦｅ−Ａｌ１
−３ｔ系合金磁性薄膜は合金材料であるが故に電気抵抗
値ρが小さり（８０μΩω程度）、高周波数帯域、特に
メガヘルツ域では渦電流損失によりその磁気特性が劣化
するという欠点を有する。この高周波数帯域での磁気特
性の劣化は、高密度記録即ち短波長記録という必然性に
鑑みて極めて不利である。

あるいは、液体急冷法や気相急冷法等で作成されるメタ
ル−メタロイド系アモルファス合金（Ｆｅ−Ｂ、　Ｆｅ
−３ｔ−Ｂ、　Ｆｅ−Ｇｏ−３ｔ−Ｂ等）やメタル−メ
タル系アモルファス合金（Ｃｏ−Ｚｒ、　Ｃｏ−Ｚｒ−
Ｎｂ等）等も開発されているが、これらは均質構造とも
いうべき単相アモルファス構造になっており、電気抵抗
値ρが結晶軟質磁性材料であるセンダストよりも大きい
といっても高々１５０μΩｃｍ程度に止まり、飽和磁束
密度も１００００　（Ｇａｕｓｓ）前後である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

一般に、従来知られている軟磁性薄膜の飽和磁束密度を
上昇させるためには、Ｆｅ、Ｃｏ等の強磁性金属の量を
増やさなければならず、この結果低電気抵抗ρというこ
とになる。このことは、合金離性材料からなる軟磁性薄
膜において、飽和磁束密度と電気抵抗値ρとが相反する
という事実を意味しており、高飽和磁束密度、高電気抵
抗の両特性を同時に達成することは難しかった。

本発明は、かかる従来の実情に鑑みて提案されたもので
あって、高飽和磁束密度、高電気抵抗の両特性を併せ持
ち、高抗磁力磁気記録媒体や高周波記録等に対応可能な
軟磁性薄膜を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明者は、高飽和磁束密度、高電気抵抗を有する軟磁
性薄膜を開発せんものと長期に亘り鋭意研究を重ねた結
果、遷移金属と半金属とを主成分とし強磁性アモルファ
ス相と非磁性アモルファス相の二つのアモルファス相が
微細に分散した２相構造を有するアモルファス薄膜は、
電気抵抗値ρが３００〜４０００μΩｃｍと非常に大き
く、また飽和磁束密度も高抗磁力媒体に充分対応可能な
１５０００　（Ｇａｕｓｓ）程度を示し、従来のアモル
ファス薄膜とは全く異なる優れた磁気特性を発揮するも
のであるとの知見を得るに至った。

本発明の軟磁性薄膜は、かかる知見に基づいて完成され
たものであって、Ｍ、Ｌ、Ｊ、（但し、ＭはＦｅ、　Ｃ
ｏ、　Ｎｉの少なくとも１種を表し、Ｌ、　　Ｊはそれ
ぞれＢ、　Ｃ，Ｓｉから選ばれた互いに異なる元素を表
す。また、ｘ、ｙ、ｚはそれぞれ各元素の割合を原子％
で表し、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００．ｙ＋２≧１０．ｘ≠ｏ、
　　ｙ≠Ｏ，ｚ≠０である。）なる組成を有しヘテロア
モルファス２相構造を有することを特徴とするものであ
る。

上記一般式中、Ｍとしては、強磁性材料である３ｄ遷移
金属元素、すなわちＦ　ｅ　＋　Ｃｏ　＊　Ｎ　ｔのう
ちの１種または２種以上が適当である。

一方、半金属元素であるり、　　Ｊとしては、Ｂ。

Ｓｔ、Ｃの中から２種を選択して使用する。これら半金
属元素（半導体元素）は、合金を非晶質化するものであ
り、特に炭素Ｃは合金の耐蝕性、硬度９機械的性質等を
改善し、また電気抵抗を高める要素となる元素である。

半金属元素り、　　Ｊの組み合わせとしては、Ｂ−Ｃ，
Ｓｉ　−Ｃ，５ｉ−Ｂが考えられるが、炭素Ｃを含む組
み合わせ（Ｂ−Ｃ，Ｓ　１−Ｃ）が好ましく、特にＢ−
Ｃの組み合わせは好適な結果を示した。

また、本発明の軟磁性薄膜において、これら半金属元素
り、Ｊの占める割合ｙ＋２は、１０原子％以上であるこ
とが必要で、１０原子％未満では非晶質状態が実現しな
い。

本発明の軟磁性薄膜は、従来広く知られている単相アモ
ルファス磁性薄膜とは異なり、第２図に示すように、遷
移金属元素Ｍを主体とする強磁性アモルファス相Ｉ　　
（Ｍ−Ｌ−Ｊ）と、これをとりまき半金属元素のみから
なる非磁性アモルファス相Ｉｆ　（Ｌ−Ｊ）との２相混
在構造であると推定される。このことは、第１図に示す
透過型電子顕微鏡による暗視野像によっても裏付けられ
ている。

すなわち、第１図の電子顕微鏡写真を観察すると、暗い
部分と明るい部分とが微細に混在しており、５０人程度
の超微細２相構造のへテロアモルファスであることが理
解できる。なお、これら暗い部分と明るい部分とはいず
れも非晶質相であることが電子線回折法により証明され
た。

本発明の軟磁性薄膜を作製するには、遷移金属Ｍの円盤
の上にＢ、Ｓｔ等の炭素化合物やＳｉＢ化合物の角板を
並べたターゲ・７トを用い、スパッタリング時よって製
造する。ここで、角板の数を増減することにより、得ら
れる軟磁性薄膜の組成ｙ、ｚをコントロールすることが
でき、目的に応じて磁気特性や電気抵抗等をコントロー
ルすることができる。スパッタリング時のアルゴンガス
圧は、電気抵抗や飽和磁束密度等にはほとんど影響を及
ぼさないが、軟磁性薄膜の重要な特性の一つである保磁
力Ｈｃを考慮すると、５　Ｘ　１０−２Ｔｏｒｒ以上で
あることが好ましい。

〔作用〕

本発明の軟磁性薄膜は、第２図に示すように、遷移金属
元素Ｍを主体とする強磁性アモルファス相Ｉ　　（Ｍ−
Ｌ−Ｊ）と、これをとりまき半金属光素のみからなる非
磁性アモルファス相１１（Ｌ−Ｊ）との２相混在構造で
あると推定され、これによって従来の単相アモルファス
では実現し得ない優れた特性が発揮される。

すなわち、低電気抵抗の強磁性アモルファス相Ｉは、高
電気抵抗を有する非磁性アモルファス相■によって分断
され、膜全体として見ると高電気抵抗となっている。実
際、本発明の軟磁性薄膜の電気抵抗は、３００〜４００
０μΩ印にも達する。

一方、強磁性アモルファス相Ｉは、電気的に分断されて
いるといっても互いの距離は極めて小さく、磁気的に見
た場合には相互に結合しており、膜全体の磁気特性、特
に飽和磁束密度は単相アモルファス薄膜以上の値を示す
。また、一般にセンダスト等の結晶質軟磁性薄膜は、そ
の結晶磁気異方性のため磁気特性に一軸異方性を有し方
向性を有する。これに対して本発明の軟磁性薄膜は、非
晶質であるここと、さらに各強磁性アモルファス相Ｉが
微細に分散されていることから、膜面内で角度に関係な
く磁気的に等方性な軟磁気特性を示す。この等方性軟磁
気特性は、従来の結晶質磁性薄膜や単相アモルファス薄
膜では理解し難いものである。

以上の特性を有する本発明の軟磁性薄膜は、横軸に電気
抵抗を、縦軸に飽和磁束密度を取って特性領域を図示す
ると、その有用性が容易に理解される。

第３図は、各種軟磁性薄膜の電気抵抗、飽和磁束密度の
特性領域を示すもので、図中ａは本発明軟磁性薄膜を、
ｂは単相アモルファス薄膜を、Ｃはセンダスト薄膜を、
ｄはパーマロイ薄膜をそれぞれ示す。軟磁性薄膜におい
ては、高電気抵抗。

高飽和磁束密度が要求されるのであるから、図中右上に
向かうほど両者が優れたものであると言える。かかる観
点から見ると、パーマロイｉ膜ｄでは、電気抵抗、飽和
磁束密度とも不足し、例えば抗磁力１５００　（Ｏｅ）
程度を有するメタルテープ等には対応できないことがわ
かる。単相アモルファス薄膜すやセンダスト薄膜Ｃでは
、飽和磁束密度は１００００　（Ｇａｕｓｓ）前後で、
メタルテープ等に対応可能であるものの、電気抵抗が１
００μΩｃｍと不足する。

これに対して、ヘテロアモルファス２相構造を有する軟
磁性薄膜ａは、電気抵抗は単相アモルファス薄膜やセン
ダスト薄膜等に比べてはるかに大きく、また飽和磁束密
度もこれらを凌ぐものであることがわかる。

〔実施例〕

以下、本発明を具体的な実験例により説明する。

なお、本発明がこれら実験例に限定解釈されるものでな
いことは言うまでもない。

先ず、Ｆｅ、ＢｙＣ，系アモルファス膜（但しＸ＋　ｙ
　十ｚ　＝１００）を、ＲＦマグネトロンスパッタ法に
よって作成した。

スパッタ用ターゲ・７トとしては、直径１００ｍｍ。

厚さ２１＊の円盤状Ｆｅを用い、その上にＢ　ａ　Ｃ化
合物板（５鶴×５璽■×２重重に切断したもの。）を必
要数だけ並べた。基板はフォトセラム又はガラスを用い
た。

アルゴンガス圧及びターゲット上に占めるＢＣ板の面積
率以外は下記のスパッタ条件で膜を形成した。

スパッタ条件 極板間距離　　　　　　　　　　　　　４０１ｎ予備ス
パッタ時間　　　　　　　　　１時間本スパッタ時間　
　　　　　　　　　４時間Ａｒ流量　　　　　　　　　
　　　１００ｎ＋ｓｃｃ＋ｎ到達真空度　　　　　　　
　　Ｉ　Ｘ　１０−６Ｔｏｒｒ入射ワツト　　　　　　
　　　　　　　２００Ｗ反射ワット　　　　　　　　　
　　　　２０Ｗ陽極電圧　　　　　　　　　　　　　２
．２ｋＶ陽極電流　　　　　　　　　　　　　１６０＋
ｎＡ得られたスパッタ膜はＸ線回折によって結晶。

アモルファスの判定を行い、また膜組成の分析にはＥ　
Ｓ　ＣＡ　（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　５ｐｅｃｔｒｏｓｃｏ
ｐｙ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ八ａｌｙｓｉｓへ及びＸ　Ｍ　
Ａ　（Ｘ−ｒａｙ　　ｍ１ｃｒｏｐｒｏｂｅ　　Ａｎａ
ｌｉｚｅｒ）を使用した。

上述の方法に従い、アルゴンガス圧及びターゲット上に
占めるＢＣ板の面積率を変え、各種サンプルを作成して
、これらの電気抵抗ρ、飽和磁束密度１３ｓ、保磁力Ｈ
ｃ、結晶化温度Ｔｘ、キュリー点温度Ｔｃを測定した。

先ず、アルゴンガス圧及びクーゲット上に占めるＢＣ板
の面積率を変えたときの電気抵抗値ρの変化を第４図に
示す。なお、電気抵抗値ρは、４端子法により測定した
。

この第４図より、ターゲット上に占めるＢＣ板の面積率
を増やしていくと、アルゴンガス圧にかかわらず電気抵
抗値ρが増加してい（ことがわかる。このことはＢ−Ｃ
を主体とする非磁性アモルファス相によって電気抵抗が
増加することを裏付けるものである。また、この第４図
によれば、特にＢＣ板の面積率を３０〜４０％としたと
きにも、電気抵抗値ρは単相アモルファスやセンダスト
に比べて遥かに高い３００〜４００μΩｃｍが達成され
、必要ならば４０００μΩ印程度の高電気抵抗も可能で
あることがわかる。

一方、飽和磁束密度Ｂｓについては、第５図に示すよう
に、ＢＣ板の面積率が低い方が有利であるが、ＢＣ板の
面積率を３０〜４０％としたときに１４０００〜１５０
００　（Ｇａｕｓｓ）が達成されルコとがわカル。

この値は、センダストや単相アモルファスを凌ぐもので
、したがってこの領域で電気抵抗、飽和磁束密度共に良
好な結果を示すことがわかる。

また、保磁力Ｈｃは、第６図に示すように、アルゴンガ
ス圧に依存しており、アルゴンガス圧を５　Ｘ　１０−
”（Ｔｏｒｒ）以上としたときに保磁力ＨＣ≦５　（Ｏ
ｅ）と小さな値を示し、条件によっては０．３（Ｏｅ）
以下の極めて小さな値も達成可能であることがわかった
。この保磁力の値は、熱処理を加えない状態での値であ
り、低保磁力化のために熱処理を必ず必要とするセンダ
スト等に比べて特異的なものと言える。このことは、特
別な熱処理が不要であることを意味しており、工程上非
常に有利な要素である。

なお、上記飽和磁束密度Ｂｓや保磁力Ｈｃ等の磁気特性
は、振動試料型磁力計（ＶＳＭ）により測定した。

さらに本発明者は、本発明のヘテロアモルファス軟磁性
薄膜の熱的特性を調べるため、得られた膜の結晶化温度
Ｔｘならびにキュリー点温度Ｔｃを測定した。測定にあ
たっては、磁気テンビン（Ｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｂａ１ａ
ｎｃｅ　ｏｆ　Ｆａｒａｄａｙ　Ｔｙｐｅ）での温度変
化を利用した。

これら熱的特性のうち、特に結晶化温度Ｔｘは磁気ヘッ
ド等に加工する際の熱的制約の目安となるものであって
、この温度が高いほど有利である。

また、キュリー点温度Ｔｃと結晶化温度Ｔｘとを比べた
場合、Ｔｃ＞Ｔｘであると磁気異方性を消すための熱処
理等が煩雑になり、Ｔ　ｘ　＞Ｔ　ｃであるほうが熱処
理による透磁率の向上環の点で有利である。このような
観点から測定結果を見ると、結晶化温度Ｔｘは、第７図
に示すように４７０〜５３０℃とかなり高い値を示した
。また、第８図に示すキュリー点温度Ｔｃの測定結果と
比較すると、いずれもＴ　ｘ　＞Ｔ　ｃとなっており、
熱処理する上でも問題のないことがわかった。

以上の結果に基づいて、Ｆ”６１Ｂ３゜Ｃ７（数値はい
ずれも原子％）なる組成を有するヘテロアモルファス軟
磁性薄膜を作成した。

この軟磁性薄膜の膜深さ方向での組成状態を調べたとこ
ろ、第９図に示すように、表面から５０人程度までは酸
化が進み、酸素が含まれた状態となっているものの、そ
れ以上深い部分では組成状態も安定なものとなり、所定
の原子比率の膜となっていることがわかった。

さらに、得られた軟磁性薄膜のヒステリシス曲線を測定
したところ、第１０図に示すように良好な軟磁気特性を
示した。すなわち、飽和磁束密度Ｂｓは約１５０００　
（Ｇａｕｓｓ）と高く、保磁力Ｈｃは０．３（Ｏｅ）と
極めて小さなものであった。また、この軟磁気特性は、
試料面内のいずれの方向で測定しても同様で、磁気的に
等方性な軟磁気特性を示すことがわかった。これは、例
えば磁気ヘッド等に加工する際に極めて有利であり、加
工時に方向性を考慮する必要がなくなる。

次に、上記へテロアモルファス軟磁性薄膜の実効透磁率
の周波数特性を調べた。結果を第１１図に示す。なお、
測定には８の字型透磁率針を使用した。また、図中曲線
ｉはセンダスト薄膜（膜厚４ｐｍ、飽和磁束密度１００
００Ｇａｕｓｓ　、真空中５５０°Ｃで１時間アニール
処理したもの。）の透磁率を、曲線ｉｉは本発明の一実
施例であるＦｅ６１Ｂ３□Ｃ１薄膜（膜厚４μｍ）の透
磁率をそれぞれ示す。

この第１１図より、Ｆｅ６．Ｂ３□Ｃ７薄膜の透磁率の
周波数特性は、センダスト薄膜のそれと比べて平坦なも
ので、低周波数領域で若干低い透磁率を示すものの、８
ＭＨｚを越えるとセンダスト薄膜よりもかなり高い透磁
率を示すことがわかる。このことは、高電気抵抗による
渦電流損失の低減で高周波特性が大幅に改善されたこと
を示しており、例えば映像信号をもデジタル記録するデ
ジタルＶＴＲ等で使用される磁気ヘッド等への応用を考
えると非常に有利である。

〔発明の効果〕

以上の説明からも明らかなように、遷移金属とＢ、Ｃ、
Ｓｉから選ばれた二種類の半金属元素とからなり、強磁
性アモルファス相と非磁性アモル＝１６− フアス相のへテロアモルファス２相構造を有する本発明
軟磁性薄膜においては、高電気抵抗と高飽和磁束密度と
いう相反する特性を同時に達成することができる。

したがって、渦電流損失が少なく高周波数特性に優れ、
短波長記録用ヘッド技術等に応用可能な軟磁性薄膜を提
供することが可能である。

また、本発明の軟磁性薄膜は、センダストや単相アモル
ファス等に比べて大きな飽和磁束密度が達成され、保磁
力も小さいことから、高抗磁力を有するメタルテープ等
にも充分対応可能である。

さらに、本発明の軟磁性薄膜は、結晶構造を持たず結晶
磁気異方性等による一軸異方性を持たないことから、等
方性軟磁性材料と言え、磁気ヘッド等への加工を考えた
ときに方向を考える必要がないことからこの点でも非常
に有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図はＦｅ−Ｂ−Ｃ系へテロアモルファス軟磁性薄膜
の透過型電子顕微鏡写真であり、第２図はヘテロアモル
ファス２相構造の模式図である。 第３図は本発明軟磁性薄膜の特性領域を従来の軟磁性薄
膜の特性領域と比べて示す分布図である。 第４図はＦｅ−Ｂ−Ｃ系軟磁性薄膜における電気抵抗の
ターゲット比−アルゴンガス圧依存性を示す特性図、第
５図は飽和磁束密度Ｂｓのターゲット比−アルゴンガス
圧依存性を示す特性図、第６図は保磁力Ｈｃのターゲッ
ト比−アルゴンガス圧依存性を示す特性図、第７図は結
晶化温度Ｔｘのターゲット比−アルゴンガス圧依存性を
示す特性図、第８図はキュリー点温度Ｔｃのターゲット
比−アルゴンガス圧依存性を示す特性図である。 第９図はＦｅ−Ｂ−Ｃ系軟磁性薄膜の膜厚方向での組成
分布を示す特性図である。 第１Ｏ図はＦｅ−Ｂ−Ｃ系軟磁性薄膜、ヒステリシス曲
線を示す特性図であり、第１１図はその実効透磁率の周
波数特性をセンダストのそれと比べて示す特性図である
。 第１図 ■ −粗♀瓢咲憫電詔 手続補正盲動式） 昭和６２年　１月３１日 特許庁長官　黒　１）明　雄　殿 ２、発明の名称 軟磁性薄膜 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住所　東京部品用区北品用６丁目７番３５号名称　（２
１Ｂ）　　ソ　ニ　−　株　式　会　社代表者大賀典雄 ７、補正の内容 明細書第１８頁第１９行目から同頁第２０行目に亘って
「第１図は・・・透過型電子顕微鏡写真であり、」とあ
る記載を「第１図はＦｅ−Ｂ−Ｃ系へテロアモルファス
軟磁性薄膜の金属組織を示す透過型電子顕微鏡写真であ
り、」と補正する。 （以上） 手続主甫正書（自発） 昭和６２年　１月３１日 特許庁長官　黒　１）明　雄　殿 ２、発明の名称 軟磁性薄膜 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住所　東京部品用区北品用６丁目７番３５号名称　（２
１Ｂ）　　ソ　ニ　−　株　式　会　社代表者大賀典雄 自発 ６、補正の対象 明細書の「発明の詳細１き→べ焉１Ｎ　ｒ図面の簡７、
補正の内容 明細書第８頁第１１行目から同頁筒１５行目に亘って「
スパッタリング時のアルゴンガス圧は、・・・・以上で
あることが好ましい。」とある記載を削除する。 明細書の次の箇所に［キュリー点温度ＴｃＪとある記載
を「キュリー温度ＴｃＪと補正する。 ■明細書第１５頁第２行目 ■明細書第１５頁第９行目 ■明細書第１５頁第１６行目 明細書第１９頁第１１行目に「キュリー点温度ＴｃＪと
ある記載を「キュリー温度ＴｃＪと補正する。 添付図面中筒３図を別紙の通り補正する。 （以上）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　Ｍ＿ｘＬ＿ｙＪ＿ｚ（但し、ＭはＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉの
   少なくとも１種を表し、Ｌ、ＪはそれぞれＢ、Ｃ、Ｓｉ
   から選ばれた互いに異なる元素を表す。また、ｘ、ｙ、
   ｚはそれぞれ各元素の割合を原子％で表し、ｘ＋ｙ＋ｚ
   ＝１００、ｙ＋ｚ≧１０、ｘ≠０、ｙ≠０、ｚ≠０であ
   る。）なる組成を有しヘテロアモルファス２相構造を有
   することを特徴とする軟磁性薄膜。