KR0178080B1

KR0178080B1 - 연자성막 및 그것을 사용한 자기헤드와 자기기록장치

Info

Publication number: KR0178080B1
Application number: KR1019950024497A
Authority: KR
Inventors: 후미요시 기리노; 시게까즈 오또모; 나가쯔구 고이소; 노리유끼 구마사까; 다께시 미우라
Original assignee: 가나이 쯔또무; 가부시끼가이샤 히다찌세이사꾸쇼
Priority date: 1994-08-12
Filing date: 1995-08-09
Publication date: 1999-04-15
Anticipated expiration: 2015-08-09
Also published as: US5858548A; KR960008694A; DE19529167A1

Abstract

미소결정 석출형 경자성막에 관한 것으로써, 고성능과 고신뢰성을 갖고 고포화자속밀도, 고투자성, 저보자력 및 저자기왜곡상수를 갖도록 하기 위해, 조성식 Fe_aSi_cT_dX_eZ_g을 갖고, 여기에서 T는 Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Mo, W로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 하나의 원소, X는 Ru, Rh, Os, Ir, Pd, Pt로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 하나의 원소, Z는 C와 N으로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 하나의 원소이며, 상기 조성식의 a, c, d, e, g는 원자%를 나타내고, 다음식 5c20, 2d20, 0.5e15, 1g20, a+c+d+e+g=100으로 표현된 관계를 만족하도록 한다.

이것에 의해, 자성막은 고포화자속밀도, 저보자력 및 저자기왜곡상수등의 연자기 특성이 우수할 뿐만 아나라, 내식성과 내마모성도 우수하며, 자기헤드 코어에 자성막을 사용하면, 기록 및 리드특성과 신뢰성이 우수한 자기헤드와 자기기록장치를 마련할 수 있다.

Description

연자성막 및 그것을 사용한 자기헤드와 자기기록장치

제1도는 본 발명의 자기헤드를 사용해서 형성된 MIG(metal-in-gap)형 자기헤드의 구조를 나타내는 개략도.

제2도는 자기헤드의 구성을 나타내는 도면.

제3도는 페라이트 기판과 자성막 사이의 테이프 슬라이딩면 상의 단차를 설명하는 도면.

제4도는 본 발명의 자성막으로 형성된 자기헤드와 자기테이프를 갖는 비디오 기록 및 재생장치의 예시도.

본 발명은 미소결정 석출형 연자성막에 관한 것으로 써, 특히 고성능과 고신뢰성을 가진 연자성막 및 연자성막으로 제조된 자기헤드와 자기기록장치에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 고포화자속밀도, 고투자성 및 저자기왜곡상수를 갖고, 내식성 및 내마모성이 우수한 자성막에 관한 것으로써, 자기디스크장치 또는 VTR의 헤드코어 재료로 적합한 자성막에 관한 것이다.

최근의 발전에 따라, 소형의 고밀도 메모리가 필요하게 되었다. 예를 들면, 그러한 메모리가 요구하는 것은 고밀도 자기기록 및 소형화로 설계된 자기기록장치이다. 고밀도기록을 실현하기 위해서는 안정하게 존재하도록 기록되는 미세한 자계에 충분한 고보자력을 갖는 기록매체와 매체상에 그러한 기록을 할 수 있는 재료로 형성된 고성능자기헤드를 마련해야 한다. 신호를 기록하도록 충분히 고보자 매체를 자기화하기 위해서는 강한 자계를 설정할 수 있는 고포화자속밀도를 갖는 자기헤드 재료를 사용해야 한다. 종래에는 이 자기재료가 Co계 비정질합금, FeAlSi계(센더스트)합금 등이었다.

현재, 그러한 고포화자속밀도를 갖도록 마련된 자기재료는 예를 들어 Fe-C합금 또는 Fe-N합금 등이다. 이들 자기재료를 필요에 따라 약3∼10K0e정도의 자계에 노출시키면서 아르곤 또는 질소등의 비활성가스류에서 일정한 온도로 열처리하여 연자기특성을 발현시킨다. 자기헤드가 MIG(metal-in-gap)형 헤드에 있는 경우에 그 제조과정은 열처리의 온도를 결정하는 본딩 온도에서의 글래스 본딩공정을 포함한다. 자성막의 연자기 특성은 석출되는 미소결정에 의존하므로, 연자기 특성이 우수한 자성막을 형성하기 위해서는 결정 크기가 제어되어야 한다. 또, 이들 자성물질은 주성분이 Fe이므로, 공기중의 산소 및 수분과 반응하여 자기 특성 특히, 보자력 또는 포화자속밀도 특성을 변동시키는 수산화물 또는 산화물을 생성한다. 이에 따라, 자기헤드의 성능이 저하된다.

상술한 자성물질로 형성된 자기헤드의 실용화에 있어서는 자기특성의 변동을 억제해야 한다. 그 결과, 일본국 특허공개공보 No.20444/1991에서 개시된 바와 같이 Fe(Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Mo, W)C의 조성식의 C를 비교적 다량 포함하거나 또는 일본국 특허공개공보 No.275605/1991에서 개시된 바와 같이 Fe(Zr, Hf, Ti, Nb, Ta, V, Mo, W)N을 비교적 다량 포함하는 자성합금이 제안되어 왔다.

본 발명에 따르면, 포화자속밀도와 연자기 특성, 특히 자기 기록 및 리드에 사용하기에 적합한 자성막의 보자력과 내식성 사이의 균형을 이루기 위해서는 하기와 같은 사항을 고려해야 한다. 예를 들어, 내식성이 유지되면, 자기특성, 특히 포화자속밀도 및 보자력이 저하되어 본래 Fe-C 또는 Fe-N 재료가 갖는 성능(예를 들어, 포화자속밀도)을 실현할 수 없고, 자기헤드의 성능이 저하된다. 예를 들면, 기록할 때 고밀도기록을 방해하는 에러 또는 소음이 발생할 수도 있다. 한편, 자기특성이 유지되면, 충분한 내식성이 유지될 수 없고, 자기헤드의 신뢰성이 저하되는 것을 방지하기 어렵다. 또한, 합금에 다양한 원소를 첨가하는데 있어서는 포화자속밀도가 저하되거나 또는 자기왜곡상수가 증가하는 경향이 있다. 그 결과, 만족스러운 기록을 보장할 수 없고, 리드시의 출력 파형이 변형되어 기록 및 리드 특성에 있어서의 문제가 발생한다.

Co계 비정질합금 및 FeAlSi계 합금의 자성막은 1.1∼1.3T의 포화자속밀도를 갖고, 상술한 탄소계 또는 질소계 합금의 자성막은 1.5∼1.6T 정도의 포화자속밀도를 갖는다. 그러나, 내식성을 측정한 결과, 탄소 및 질소계 합금 자성막은 내식성에 있어서 문제가 있음이 밝혀졌다. 구체적으로, 수분이 자기헤드의 표면상에 응축되거나 또는 헤드가 클로라이드 이온을 갖는 공기중에 노출되는 경우, 자기헤드를 제조하는 과정에서 부식이 발생하거나 또는 헤드의 일부에 부식이 발생하기 쉽다는 것이다.

본 발명의 목적은 고성능과 고신뢰성을 갖는 연자성막을 제공하는 것이다. 본 발명에 따르면, Fe를 주성분으로 하고 고포화자속밀도를 가지는 자성막을 마련하는 것에 의해 자기 특성을 유지하면서 충분한 내식성이 유지된다. 또한, 본 발명에 따르면, 연자성막을 사용해서 제조되어 고성능과 고신뢰성을 갖는 자기헤드 및 자기기록장치가 마련된다.

본 발명의 제1의 실시예에 따라 형성된 연자성막은 Fe를 주성분으로 하고; Ta, Hf, Ti, Nb, Zr으로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 하나의 원소를 5∼20at.% 범위 내로 포함하나 5∼l5at.% 범위 내로 포함하는 것이 보다 바람직하고, C, B, Si, N으로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 하나의 원소를 1∼20at.% 범위 내로 포함하나 5∼15at.%의 범위 내로 포함하는 것이 보다바람직하며, 2개의 첨가 원소 즉, 하나는 Al이고 다른 하나는 Rh 및 Ru로 이루어지는 군에서 선택되는 원소를 연자기 특성이 저하되는 것을 방지하는 범위 내에서 포함한다. 첨가되는 Al은 0.5∼10at.% 범위 내이고, Ru 또는 Rh는 0.5∼5at.%범위 내이다. 이때, Al과 Ru 또는 Rh의 총합은 1∼15at.%범위 내로 포함하나 3∼15at.% 범위 내로 포함하는 것이 보다 바람직하다.

Ta, Hf, Ti, Nb, Zr로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 하나의 원소의 함유량이 5∼20at.%의 범위 내로 설정된다고 생각하는 이유는 다음과 같다. 선택된 원소가 5at.%미만인 경우, 다음에 α-fe가 급격하게 증가하여 보자력이 10e를 초과하도록 증가해서 자기헤드 코어재료 적용에 부적합하다. 선택된 원소가 20at.%를 초과하면, 자성막은 비자성막으로 변하고 자기헤드 재료에 역시 부적합하게 된다. 또, 5∼15at.%범위로 하면, 보자력이 10e 이하로 떨어지고, 투자성μ이 μ≥1, 000의 값을 취한다. 본 발명에 따른 자성막에 있어서, C, B, Si 및 N은 자기특성과 내식성에 있어서 동일한 효과가 있다.

Al이 0.5-l0at.%의 범위내로 포함되어야 하는 이유는 자성막이 0.5at.% 미만이면 자기특성이 향상되지만 내식성을 유지할 수 없고, 10at.%를 초과하면 포화자속밀도가 저하되고 자기왜곡상수가 급격하게 증가하기 때문이다.

Ru 또는 Rh가 0.5∼5at.%의 범위내로 포함되어야 하는 이유는 0.5at.% 미만이면 Al을 첨가하는 효과가 증가해서 자기왜곡을 증가시키고, 5at.%를 초과하면 투자성μ이 1,000미만으로 급격하게 저하되기 때문이다. 또, 3∼15at.%의 범위가 바람직한 것은 자기특성 특히 자기왜곡상수가 실용적인 범위내로 될 수있고, 내식성을 유지할 수 있기 때문이다. 본 발명의 자성막에 있어서, Ru 및 Rh는 자기특성과 내식성에 있어서 동일한 효과를 갖는다.

본 발명의 제1의 실시예에 따르면, 자성막은 고밀도기록에 필수적인 1.4T이상의 포화자속밀도, 자기헤드에 사용시 우수한 동작(예를 들면, 기록/리드)을 하는데 필수적인 10e이하의 보자력, 1,000이상의 상대 투자성 및 자기기록헤드에 사용시 우수한 동작에 필수적인 5x10^-6이하의 자기왜곡상수를 포함하는 자기특성을 실현할 수 있다.

또, 본 발명의 제1의 실시예에 따르면, 연자성막은 첨가되는 Al 및 Ru(또는 Rh)의 농도를 제어하는 것에 의해 상술한 바와 같은 자기특성을 갖도록 제어될 수 있다. 이러한 경우, Al이 증가하면 내식성은 물론 자기왜곡상수도 향상된다. 한편, 첨가되는 Ru 또는 Rh가 증가하면 내식성은 향상시키지만 자기왜곡상수의 증가가 촉진되어 보자력등의 자기특성은 저하된다. 그러나, 첨가되는 Ru 또는 Rh의 농도증가에 따른 자기왜곡상수는 Al만 첨가되는 경우보다 변화가 적다. 따라서, 이들 2가지 원소를 동시에 첨가하는 것에 의해 자기특성의 변화를 최소로 억제하면서 내식성을 크게 향상시킬 수 있다. 더 구체적으로는, 첨가되는 Al와 Ru(또는 Rh)사이의 비율을 제어하는 것에 의해, 자성막은 바라는 범위내로 제어된 자기특성 및 향상된 내식성을 가질 수 있다. Al과 Ru사이의 농도비율 Al/Ru 또는 Al과 Rh 사이의 농도비율 Al/Rh는 1∼5at.%의 범위내이다

상술한 합금 자성막에 있어서, 가열처리에 의해 미소결정을 석출시키고 연자기 특성을 발현시킬 수 있다. 이 열처리 후 자성막은 X선회절피크를 갖고, 그 Fe상의 결정입자 크기는 평균 10nm이하인 것이 바람직하다. 또, 결정입자 크기를 10nm이하로 설정하는 것에 의해 내식성이 크게 향상된다. 이는 결정입자 크기가 자성막의 내식성에 크게 기여하기 때문이다. 합금자성막을 가열처리한 자성박막은 적어도 2가지 상 즉, Fe의 미소결정상과 탄화물, 질화물 및 붕화물의 미소결정상으로 석출된다.

본 발명의 제1의 실시예에 따른 연자성막은 자기헤드코어의 적어도 일부에 사용되어 자기헤드를 형성한다. 자기헤드는 MIG(metal-in-gap)형인 것이 특히 바람직하다. 이러한 자기헤드를 사용하면, 이동하는 정보기록매체 상에 자기특성을 이용해서 정보를 기록하는 자기기록장치를 구성할 수 있다. 기록되는 정보는 비디오정보 및 오디오정보 등이고, 이동하는 정보기록매체의 예로는 자기기록층이 형성된 자기테이프 또는 자기디스크 등이 있다.

본 발명의 제1의 실시예의 목적에 따르면, 미소결정 석출형 연자성막이 마련된다. 자성막은 연자기특성이 우수하도록 안정하게 형성된 미소결정을 갖는다. 또, α-Fe상의 미소결정은 10nm이하의 결정입자크기를 가지므로, 자성막은 내식성이 높고, 박막을 사용해서 제조된 자기헤드 및 그 자기헤드를 사용하는 자기기록장치는 신뢰성이 높다.

또, 본 발명의 제1의 실시예에 따르면, Al과 Rh 또는 Ru 2가지 원소를 동시에 첨가하는 것에 의해 연자기 특성을 저하시키지 않으면서 자성막의 내식성을 유지할 수 있다. 이것은 가열처리 후 미소결정 석출 자성막이 Fe상과 탄화물, 붕화물 또는 질화물상의 2층으로 석출되고 이들 첨가원소가 Fe상으로 석출되므로, 결정입자의 성장이 억제되고, Fe의 내식성을 향상시키는 2가지 효과가 있기 때문이다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 특히, 이들 자성막이 VTR헤드에 적용되는 경우에는 기록특성을 향상시키기 위한 고포화자속밀도와 우수한 재생특성을 실현하기 위한 고투자성, 저보자력 및 연자기특성이 요구된다. 또, 스퍼터링 등의 방법에 의해 또는 자기헤드의 가공중에 받는 가공응력 또는 열응력에 의해 박막이 헤드기판상에 형성되는 경우에 발생하는 내부 응력에 의해 자기특성이 저하되지 않도록 자기 왜곡상수의 절대값이 작은 자성막이 필요하다. 한편, 자기헤드는 그 위에서 동작하는 자기테이프에 대해 내마모성을 가질 필요가 있다.

따라서, 본 발명의 다른 목적은 고포화자속밀도, 고투자성, 저보자력 및 저자기왜곡상수를 갖는 자성막과 그 자성막을 사용하는 자기헤드를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 실시예의 일부로써, Cr을 첨가하는 것에 의해 상기 한 탄소 및 질소계 합금 자성막의 내식성이 향상될 수 있다. 그러나, Cr을 지나치게 많이 첨가하면, 포화자속밀도가 저하되는 문제가 발생한다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 내식성을 제공하는데 매우 효과적인 Ru 또는 Rh등의 Pt족 원소를 첨가한다. 이와 같이, Ru 또는 Rh등 합금군의 원소를 첨가하는 것에 의해 상기 한 탄소계 및 질소계 합금의 내식성을 향상시킬 수 있다. 그러나, Pt 또는 Cr족 원소 중 어느 것을 첨가해도 자기왜곡상수가 심각하게 증가하는 다른문제가 발생한다. 이러한 문제를 해결하기 위해, Si를 첨가한다.

즉, Fe를 주성분으로 하고 Ti, Zr, Hf, Ta 또는 Nb등의 전이금속원소와 탄소, 질소 및 백금족원소를 포함하는 합금막에 Si를 첨가하는 것에 의해 자기왜곡상수가 감소될 수 있다.

본 발명의 이 실시예에 따르면, 고포화자속밀도, 고투자성 및 저보자력을 갖고 내식성과 내마모성이 우수한 자성막 및 그것을 사용한 자기헤드를 마련하기 위해 하기 (1)∼(4)로 조성되는 자성막을 사용한다.

(1) 조성식 Fe_aSi_cT_dX_eZ_g와 같은 조성을 갖는 자성막.

여기에서, T는 Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Mo, W로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 하나의 원소, X는 Ru, Rh, Os, Ir, Pd, Pt로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 하나의 원소, Z는 C와 N으로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 하나의 원소이고, a, c, d, e, g는 원자%를 나타내며, 5c20, 2d20, 0.5e15, 1g20, a+c+d+e+g=100이다.

(2) 조성식 Fe_aSi_cT_dX_eY_fZ_g와 같은 조성을 갖는 자성막.

여기에서, T는 Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Mo, W로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 하나의 원소, X는 Ru, Rh, Os, Ir, Pd, Pt로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 하나의 원소, Y는 Cr 및 Al로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 하나의 원소, Z는 C와 N으로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 하나의 원소이고, a, c, d, e, f, g는 원자%를 나타내며, 5c20, 2d20, 0.5e15, 1g20, a+c+d+e+g=100이다.

(3) 조성식 Fe_aM_bSi_cT_dX_eZ_g와 같은 조성을 갖는 자성막.

여기에서, M은 Co 및 Ni로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 하나의 원소, T는Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Mo, W로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 하나의 원소, X는 Ru, Rh, Os, Ir, Pd, Pt로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 하나의 원소, Z는 C와 N으로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 하나의 원소이고, a, c, d, e, g 는 원자%를 나타내며, b15, 5c20, 2d20, 0.5e15, 1g20, a+c+d+e+g=100이다.

(4) 조성식 Fe_aM_bSi_cT_dX_eY_fZ_g와 같은 조성을 갖는 자성막.

여기에서, M은 Co 및 Ni로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 하나의 원소, T는 Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Mo, W로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 하나의 원소, X는 Ru, Rh, Os, Ir, Pb, Pt로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 하나의 원소, Y는 Cr 및 Al로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 하나의 원소, Z는 C와 N으로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 하나의 원소이고, a, c, d, e, f, g는 원자%를 나타내며, b15, 5c20, 2d20, 0.5e15, f15, 1g20, a+c+d+e+f+g=100이다.

상술한 자성막(1)∼(4)에 있어서, 원소X는 Ru, Rh 및 Os로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 하나의 원소인 것이 바람직하다.

또, 상술한 자성막에 있어서, 원소X의 농도는 3e15의 범위이어도 좋고, 3e10의 범위이면 더 좋다. 원소Si의 농도는 10c15의 범위이다. 원소T의 농도는 2d10의 범위이다. 원소Z의 농도는 3910의 범위이다. 원소Y의 농도는 f10의 범위이다. 원소 M의 농도는 b10의 범위이다. 원소Y가 원소X에 첨가되는 경우, 그들의 합은 15at.% 이하일수도 있다. 원소Y와 M이 원소X에 첨가되는 경우, 그들의 합은 15at.% 이하일 수도있다.

본 발명의 합금 자성막은 스퍼터링법 또는 진공증착법 등의 박막형성 기술에 의해 형성된다. 자성막은 이극성 스퍼터링법, 마그네트론 스퍼터링법 또는 이온빔 스퍼터링법 등의 스퍼터링법에 의해 형성될 수도 있다. 형성된 자성막은 400℃ 이상의 온도로 열처리된다. 자성막의 결정입자는 평균 지름이 50nm 이하이며, 20nm 이하이면 더 바람직하다. 캡부근의 자기코어의 적어도 일부에 상술한 자성막을 사용해서 자기헤드를 형성한다. 이 자기헤드는 자기 디스크용 박막자기헤드로써 사용될 수 있다. 또, 고포화자속밀도의 자성막이 페라이트 헤드의 갭면에 형성된 자기 디스크 및 VTR의 MIG형 헤드로써 사용될 수도 있다. 또, 고포화자속밀도의 자성막이 페라이트 헤드의 갭 부근에 형성되고 페라이트와 자성막 사이의 인터페이스가 갭면과 평행으로 되지않은 VTR의 복합 헤드로써도 사용할 수 있다. 한편, 자성막이 비자성 기판상에 적층되어 자로를 형성한 VTR의 헤드로 사용될 수 있다. 상술한 자성막의 두께가 1㎛ 이상이면 바람직한 자기특성을 나타내므로, 두꺼운 자성막을 필요로 하는 VTR헤드에 적합하다.

자기기록장치에 있어서, 상술한 자기헤드 중 적어도 하나를 사용하는 것에 의해 부식이 문제로 되는 환경, 예를 들어 고습도를 경험하거나 또는 클로라이드 이온등의 부식성물질이 존재하는 환경에서 그 동작의 신뢰성을 대폭 증가시킬 수 있다.

Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Mo, W로 이루어지는 군에서 선택된 전이금속T가 자성막이 형성된 후 열처리에 의해 C 또는 N과 결합해서 주로 Fe의 결정입계로 석출되어 결정의 성장을 억제한다. 그결과, 자성막은 적어도 50nm 이하의 미소결정 입자로 구성되고 통상은 20nm이하의 결정입자로 이루어지는 구조로 되어있어 고투자성과 저보자력으로 연자기 특성과 내열성이 우수하다. 이러한 효과를 달성하기 위해서는 전이 금속T의 총 농도가 2at.%(하기와 같은 원자%)이상이어야 한다.

한편, 원소T의 총농도가 증가하는 경우, 포화자속밀도는 저하된다.

또, 원소T의 총농도가 높고 C 또는 N과 조합하지 않는 성분을 증가시키는 경우에는 연자기 특성과 내식성이 저하된다 . 따라서, 원소T의 총농도는 20at.% 이하이야 하고, 10at.% 이하이면 더 바람직하다.

상술한 바와 같이, C 및 N으로 이루어지는 원소군Z는 전이금속T와 결합해서 결정입자의 크기를 감소시키는데 기여한다. 이러한 효과를 달성하기 위해서는 총농도가 1at.% 이상이어야 하고, 3at.% 이상이면 더 바람직하다. 한편, 농도가 지나치게 높으면 포화자속밀도가 저하되고 막을 형성할때 내부 응력이 증가하여 자성막이 분리되고 기판 크랙이 발생하게 된다. 따라서, 농도는 20at.% 이하이어야 하고, 10at.% 이하이면 더 바람직하다. Ru, Rh, Os, Ir, Pt, pd로 이루어지는 원소군X는 Fe를 주성분으로 하는 결정입자의 내식성을 증가시킨다.

또, 이것을 첨가하면, 포화자속밀도가 감소되는 것이 아니라 향상된다. 내식성을 향상시키기 위해서는 원소X의 농도가 0.5at.% 이상이어야 하고, 3at.% 이상이면 더 바람직하며, 이것에 의해 내식성 향상의 효과를 얻을 수 있다. 그러나, X원소군이 증가하는 경우에는 자기왜곡상수가 심각하게 증가한다. 따라서, X원소군을 첨가하는 것은 15at.% 이하이어야 하고, 10at.% 이하이면 더 바람직하다. 그들 원소 중, Ru, Rh, Ir 또는 Os는 내식성 향상에 매우 효과적이다.

X원소군에 Al 또는 Cr등의 Y원소군을 또 첨가하면 내식성 향상에 효과적이다. 그러나, 이 Y원소군은 포화자속밀도를 저하시키고 자기왜곡상수를 증가시키므로, Y원소군의 첨가는 15at.% 이하이어야 하고, 10at.% 이하이면 더 바람직하다. 한편, Y원소군이 X원소군에 첨가되는 경우, 그들 농도의 합이 높으면 자기왜곡상수가 증가한다. 따라서, X원소군과 Y원소군의 합이 15at.% 이하이면 더 바람직하다.

Co 및 Ni로 이루어지는 원소군M은 고포화자속밀도를 증가시키고 내식성을 향상시키는데 효과적이다. 그러나, 첨가됨에 따라 자기왜곡상수가 증가하므로, 그 첨가는 15at.%이하이어야 하고, 10at% 이하인 것이 보다 바람직하다. 또, 원소군M에 원소군M이 첨가되는 경우, 그 합이 클때는 자기왜곡상수를 증가시킨다. 따라서, X원소군 및 M원소군의 합이 15at.% 이하이어도 좋다. 또, 원소군Y와 원소군M이 원소군X에 첨가되는 경우, 그들의 합이 지나치게 크면 자기왜곡상수를 증가시킨다. 따라서, X원소군, Y원소군 및 M원소군의 합은 15at.% 이하이어야 한다.

원소Si는 자기왜곡상수를 저하시키는 효과가 있는 데 이는 비교적 많은 양을 첨가해야 나타난다. 따라서, Si 첨가는 5at.% 이상이어야 하고, 10at.% 이상이면 더 바람직하다. 그러나, 지나치게 많이 첨가하면 자기왜곡상수를 지나치게 감소시키므로, Si첨가는 20at.%이하이어야 하고, 15at.% 이하이면 바람직하다.

자성막은 형성된 후 400℃ 이상으로 가열처리되면, 각각의 원소가 거의 균일하게 분산된 막구조에서 Fe를 주성분으로 하고 크기가 적어도 약 50nm 이하이며 통상은 약 20nm 이하인 미소결정입자와 미소결정입자 주위에 원소군T와 N 또는 C의 미세한 화합물이 존재하는 구조로 변화된다. 그 결과, 고투자성, 저보자력 등의 연자기 특성과 저자기왜곡상수, 고포화자속밀도 및 고내열성 등의 특성이 발현된다.

제1의 실시예에 따라서 형성된 자성막에 관련한 예 1∼5를 시작으로하는 하기 예에 따라 본 발명을 상세하게 설명한다.

[예 1]

자기헤드를 형성하는데 사용되는 자성박막은 Fe-Ta-C-Al-Ru의 합금으로 이루어져 있다. 이 합금은 스퍼터링법에 의해 막으로 형성된다. 스퍼터링법에 사용된 타겟은 Fe, Ta, C, Fe₃Al 및 Ru 각 원소의 분체를 열간정압 프레스법(즉, HIP방법)에 의해 성형해서 마련된 다.

타겟은 (Fe₇₅Ta₁₀C₁₅)_1-X(Al₆₀Ru₄₀)_X, X=0.05, 0.07, 0.125의 3종류의 조성이다. 여기에서, 비교예는 X=0.15로 설정하고 Al 및 Ru를 0.4at.% 첨가하는 것에 의해 마련된다. HIP방법에 의해 마련된 타겟을 사용하는 경우, 박막화된 후에도 타겟의 조성은 거의 불변하고, 막의 산소 농도가 감소될 수 있다. 페라이트 기판은 그들 합금 타겟을 사용하고 방전가스로써 Ar가스를 사용해서 스퍼터된다. 이와 같이 형성된 자성막의 두께는 5㎛이다. 스퍼터링 조건에는 5mTorr의 방전가스 전압과 400W의 RF전력이 포함된다. 이들 값은 사용하는 스퍼터링장치 51 또는 막의 내부 응력을 제어하는 관점에서 변화될 수 있으므로, 본 발명의 자성막의 형성을 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.

이와 같이 형성된 자성막은 표 1에 나타낸 바와 같은 자기특성을 갖는다. X=0.05, 0.07, 0.125, 0.15인 4종류의 경우와 Al 및 Ru가 0.4at.% 만큼 각각 첨가되는 경우에는 자성막이 Hc≥10e, Bs≥1.4T,μ≥1,000, λ≥3x10^-6의 자기헤드에 적합한 연자기 특성을 갖는 것으로 나타난다. 또, 비교하기 위해, Al, Rh 및 Ru가 각각 배타적으로 첨가된 계의 첨가농도와 자기특성 사이의 관계를 표 1에 나타낸다.

표 1에서, Rh, Ru 또는 Al만 첨가하는 경우에는 첨가농도의 증가에 따라 자기왜곡상수가 급격하게 증가되고, 증가비율이 Al과 Ru를 동시에 첨가하는 경우 보다 훨씬 큰 것을 알 수 있다. 또, Ru의 첨가농도의 증가에 따라 보자력이 급격하게 증가한다. 또한, 증가비율은 Al과 Ru를 복합첨가하는 경우보다 훨씬 큰 것을 알 수 있다. 특히 Rh만 첨가하는 경우에는 자기왜곡상수는 크게 변화되지만, 복합첨가되면 원소에 의지하지 않고 변화비율이 불변한다. 따라서, (Al, Ru) 또는 (Al, Rh)를 복합첨가하는 경우에는 Al, Rh 또는 Ru 중 하나의 원소만 첨가된 자성막보다 자기특성의 저하를 막을 수 있다.

다음에, 본 발명의 자성막의 구조를 투과형 전자현미경으로 관찰해서 입자의 크기를 구한다. 그 결과, α-Fe상은 약9nm∼12nm이다. 또, TaC상은 약3nm∼5nm이다. 한편, 전자선 회절에 의해 격자간격을 구하면, α-Fe상은 FeTaC 자성막에서 0.20nm이고, X-0.125의 경우 0.25nm에 도달할 때까지 첨가된 원소의 농도가 증가함에 따라 증가했음을 알 수 있다. 관찰결과, 첨가된 (Al, Ru)는 Fe상으로 석출된 것으로 생각된다.

크기가15mm × 15mm이고 두께가 0.4mm인 결정화 글래스 기판상에 상술한 각각의 자성막(5μm의 두께)을 형성하고, 그 끝부에 파라핀으로 자성막을 피복하고 0.5N의 염화나트륨 수용액에 500시간동안 침지하고 그 표면을 시각적으로 검사해서 부식 발생의 여부를 조사한다.

이 조사결과를 표 1의 우측칸에 CR(내식성)으로 나타낸다. 이들 내식성값의 평가는 부식이 발생하지 않은 것은 0로, 부식이 발생한 것은 x로 나타낸다. 표 1에 나타낸 바와 같이, x=0.05, 0.08, 0.125일때는 시각적 관찰로는 부식이 발견되지 않는다. 또, 500시간동안 침지한 후 자기특성을 측정한 결과 막이 형성된 직후의 특성과 동일하다. 또, 자성막을 80℃로 95%RH의 환경에 2, 000시간이상 방치해 두었지만, 부식도 발견되지 않았고 자기특성도 불변했다. 반대로, Al과 Ru가 0.4at.%씩 첨가된 자성막과 Al 또는 Ru만 첨가된 자성막에 있어서는 자기헤드에 적합한 자기특성을 제공할 수 있는 범위내에서 부식이 발생하지 않은 것은 없다.

제1도에 개략적으로 도시한 바와 같이, 본 발명의 경자성 박막(1)을 단일결정의 페라이트기판(2)상에 형성하여 MIG(즉, metal-in-gap)형 헤드를 마련한다. 사용된 자성막은 (FeTaC)(41Ru), X=0.05의 조성을 갖는다. 페라이트기판(2)에 형성된 경자성 박막(1)상에 두께가 200nm인 SiO막을 형성하고, 두께가 100nm인 Cr막을 형성하는 것에 의해 갭부(3)가 형성된다. 이 구조는 질소기류에서 600℃로 1시간동안 열처리되고, 동일한 형태를 갖는 헤드기판은 용융점이 낮은 글래스(4)에 의해 본딩된다. 접착성을 향상시키기 위해, Al, Cr, SiO, SiN, CrO등으로 이루어진 접합층이 기판과 자성막 사이에 마련된다.

이 자기헤드는 VTR장치에 사용되고, 자기테이프를 주행시키는 것에 의해 비디오정보가 기록된다. 상대속도가 36m/s, 데이타 레이트가 46.1Mbps, 트랙폭이 40μm인 조건하에서 하이비젼의 디지탈정보를 기록할때 S/N 비율은 40dB 이상이다.

이 헤드는 0.5N의 염화나트륨의 수용액에 침지시키는 침지실험법과 고온고습 공기중에서의 결로 실험법에 의해 측정된 내식성을 갖는다.

우선, 제1도에 도시한 바와 같은 형태의 MIG형 헤드칩을 0.5N의 수용액에 500시간동안 침지한다. 다음에, 헤드를 장치에 다시 설정하고, 기록/리드 특성을 측정한다. 그 결과, 기록/리드특성에 있어서 침지전의 헤드와 차이가 나타나지 않는다. 또, 고온고습 공기중에서 결로실험법에 의한 평가는 펠티에 소자 상에 MIG형 헤드를 10℃로 고정하고 온도60℃와 상대습도 95%인 공기중에 방치하는 것에 의해 실행되다. 그결과, 헤드전체에 결로가 발생하다. 그상태로 헤드를 2, 000시간 이상 방지해 두어도 부식이 발생하거나 기록 또는 리드신호가 저하되는 현상은 나타나지 않는다.

본 발명을 VTR용 자기헤드의 자성막으로써 설명했지만, 예를 들어 헬리컬 주사법을 사용하는 자기디스크 또는 자기테이프 장치에도 사용될 수 있다.

또, 지금까지의 설명은 Fe-Ta-C-Al-Ru합금 막이 자성막으로써 사용되는 경우에 관련한 것이지만, 첨가원소로써 Ru 대신에 Rh를 사용해도 동일한 결과를 얻을 수 있다. 또, 원소Ta가 Zr, Hf, Ti, Nb로 대체된 자성막을 동일하게 평가한 결과, 하기 표 2에 나타낸 바와 같이, 자기특성 및 내식성이 Fe-Ta-C-Al-Ru합금막의 경우와 동일함을 알 수 있으며, 비교를 위해 다음에 표 3을 제시한다.

한편, 본 발명의 범위를 벗어난 조성인 경우에는 표 3에 나타낸 바와 같이 자기특성이 내식성에 있어서는 우수하지만, 자기헤드 재료로는 부적합한 자기특성이다.

[예 2]

본 발명의 예 2의 자성박막은 Fe-Ta-Al-Ru의 합금으로 이루어져 있다. 이 합금은 스퍼터링법에 의해 막이 형성된다. 이 스퍼터링법에 사용된 타겟은 Fe, Ta, FeAl 및 Ru 각각의 원소의 분체를 열간정압프레스법(즉, HIP방법)에 의해 성형해서 마련된다. 타켓의 조성은 (FeTa)(A1Ru), X=0.05, 0.07, 0.125의 3종류이다. 또한, X=0.15로 설정하고, Al과 Ru를 0.4at.% 첨가해서 비교예를 마련한다.

HIP방법에 의해 마련된 타겟을 사용하면, 자성막은 박막화된 후에도 그 조성이 거의 불변한다. 페라이트 기판에 합금 타켓과 방전가스로써 Ar-N혼합가스 (혼합비Ar/N=94/6)를 사용해서 스퍼터한다. 이와 같이 형성된 자성막의 두께는 5μm이다. 스퍼터링조건은 방전가스 압력이 5mTorrs이고, RF전력은 400w이다.

이와 같이 형성된 자성막은 표 4에 나타낸 바와 같은 자기특성을 갖는다. 이 형성된 자성막은 (FeTaN)(AlRu)의 조성을 갖는다. X=0.05, 0.07, 0.125의 경우에 Al과 Ru를 각각 0.4at.%씩 첨가하면, 자성막은 Hc≤10e, BBs≥1.4T, μ≥1,000, λ≤3×10등 자기헤드에 부적합한 연자기 특성을 갖는다는 것을 알 수 있다. 또, 비교하기 위해, X=0.15인경우, Al, Rh, Ru를 각각 배타적으로 첨가한 계의 첨가농도와 자기특성의 관계도 표 4에 나타낸다.

표 4에서, Ru 또는 Al이 단독으로 첨가된 경우에는 첨가농도의 증가에 따라 자기왜곡상수가 급격하게 증가하고, 증가비율이 (Al, Ru)가 함께 첨가된 경우보다 훨씬 크다는 것을 알 수 있다. 또, Ru의 첨가농도 증가에 따라 보자력이 급격하게 증가한다. 또한, 증가비율도 Al, Ru를 복합첨가한 경우보다 크다는 것을 알 수 있다. 이러한 효과는 Al과 Rh를 복합첨가한 경우에도 동일하다. 이 계에서는, Rh만 첨가하면, 자기왜곡상수의 증가비율이 Ru를 첨가한 경우보다 크지만, 변화비율은 Al과 Ru를 복합첨가한 경우와 거의 동일하다.

다음에, 자성막의 구조를 투과형 전자현미경으로 관찰해서 입자의 크기를 구한다. 그 결과, α-Fe상은 입자형상의 긴변의 치수가 약8∼12nm이고, 평균값이 9.5nm이다. TaN상은 3nm이하이고, 평균값은 2.2nm이다. 한편, 전자선 회절에 의해 격자간폭을 구하면, α-Fe상은 FeTaC 자성막에서의 값이 0.20nm로써 첨가원소의 농도증가에 따라 증가하고, X=0.125인 경우에는 0.25nm이다. 이것은 첨가된 Al과 Ru가 Fe상으로 석출된다는 것을 나타낸다. 이 결과는 예 1의 Fe-Ta-C의 경우와 거의 차이가 없다.

상술한 자성막을 0.5N의 염화나트륨 수용액에 500시간 침지하면, 내식성 값이 예 1에 나타낸 바와 같이 측정된다. 표 4에서 알 수 있는 바와 같이, X=0.05, 0.07, 0.125인 경우에는 시각적인 관찰로는 부식이 발견되지 않는다. 또, 500시간 침지한 후, 자기특성을 측정하면, 성막 직후에 나타난 특성과 동일하다. 또, 이 자성막을 80℃의 95% RH환경에 2,000시간 이상 방치해 두어도 부식은 발견되지 않으며, 자기특성도 성막 직후와 비교해서 변화하지 않는다. 반대로, Al과 Ru가 각각 0.4at.% 첨가된 자성막과 Al 또는 Ru가 단독으로 첨가된 자성막은 자기헤드에 적합한 자기특성이 얻어지는 범위내에서는 부식을 발견할 수 없다.

예 1에서와 같이, 이 예의 연자성막을 사용해서 제1도에 개략적으로 도시한 바와 같은 MIG형 헤드를 제작한다. 자성막은 (FeTaN)(A1Ru), x=0.05의 조성을 갖는다. 이 자성막은 VTR장치를 제작하는데 사용되고, 자기테이프를 주행시키는 것에 의해 비디오 정보를 기록한다. 상대속도 36m/s, 데이타 레이트 46.1Mbps, 트랙폭 40μm의 조건하에서 하이비젼의 디지탈정보를 기록할때 S/N비는 40dB 이상이다.

이 자기헤드의 내식성을 0.5N의 염화나트륨 수용액에 침지하는 침지실험법 및 고온고온고습 환경에서의 결로실험법에 의해 측정한다. 우선, 제1도에 도시한 바와 같은 형태를 갖는 MIG형 헤드칩을 0.5N의 염화나트륨 수용액에 500시간 침지한다. 그 후, 그 헤드를 그 장치에 다시 세트해서 기록 및 리드특성을 측정한다. 그 결과, 기록 및 리드특성에 있어서 침지전의 헤드와 차이가 없다. 또, 10℃로 펠티에 소자상에 MIG형 헤드를 고정하고, 전체를 60℃의 온도와 95%의 상대습도를 갖는 환경에 방치해 두는 것으로 고온고습의 환경에서의 결로실험법에 의한 평가를 실행한다. 그 결과, 헤드전체에 결로가 발생한다. 그 헤드를 그 상태로 그러한 환경에 2000시간 동안 방치해 두면, 기록 및 리드신호가 부식되거나 저질로 되지 않는다.

지금까지의 설명은 막이 Fe-Ta-N-Al-Ru 합금으로 이루어진 경우에 관련한 것이지만, Ru 대신에 Rh를 사용해도 동일한 결과를 얻을 수 있다. 또, Ta 대신에 Zr, Hf, Ti, Nb를 사용한 자성막에 동일한 평가를 실행한 결과, 하기 표 5에 나타낸 바와 같이 자기특성과 내식성이 Fe-Ta-N-Al-Ru 합금막의 경우와 동일하다. 다음에 표 6을 제시한다

한편, 본 발명의 범위 외의 조성인 경우에는 표 6에 나타낸 바와 같이 내식성도 우수하지 않으며, 자기특성도 자기헤드 재로로 적합하지 않다.

[예 3]

C, B, Si, N으로 이루어지는 군에서 선택되는 원소로써 B를 사용해서 자성박막을 형성한다. 이 자성막은 스퍼터링법에 의해 형성된다. 이 스퍼터링법에 사용된 타겟은 자성막을 구성하는 원소 분체를 열간정압 프레스법(즉, HIP방법)에 의해 성형해서 마련된다. 타겟의 조성은 (FeTaC)(AlRu), X=0.05, 0.07, 0.125의 3종류이다.

여기에서, X=0.15로 설정하고, Al과 Ru를 0.4at.%첨가해서 비교예를 마련한다. NIP방법에 의해 마련된 타겟을 사용하면, 자성막의 조성은 성막직후의 타겟과 거의 동일하다. 페라이트 기판에 이들 합금타겟과 방전가스로써 Ar가스를 사용해서 스퍼터한다. 이와 같이 형성된 자성막의 두깨는 5μm이다. 스퍼터링조건은 방전가스압력이 5mTorr이고, RF 전력이 400W이다.

이와 같이 제작된 자성막의 자기특성과 내식성을 예 1에서와 같이 평가한다. 그 결과 를 표 7에 나타낸다.

한편, 본 발명 외의 조성인 경우에는 하기 표 8에 나타낸 바와 같이, 내식성은 우수하지만, 자기헤드 재료로는 부적합한 자기특성을 갖는다.

표 7 및 표 8에서 명확히 한 바와 같이, 첨가되는 원소의 농도는 자기특성과 내식성을 위한 최적범위가 존재하는 것을 알 수 있다.

[예 4]

자성막은 C, B, Si, N으로 이루어지는 군에서 선택되는 원소로써 Si를 사용해서 형성된다. 이 자성막은 스퍼터링법에 의해 형성된다. 이 스퍼터링법에 사용된 타켓은 자성막을 구성하는 원소의 분체를 열간정압 프레스법 (즉, HIP방법)에 의해 성형해서 마련된다. 타겟의 조성은 (FeTaC)(AlRu), X=0.05, 0.07, 0.125의 3종류이다. 여기에서, X=0.15로 설정하고, Al과 Ru를 0.4at.% 첨가하는 것에 의해 비교예가 마련된다. HIP 방법에 의해 마련된 타겟을 사용하면, 막의 조성이 성막 후의 타겟과 거의 동일하다. 페라이트 기판에 이들 합금 타겟과 방전가스로써 Ar가스를 사용해서 스퍼터한다. 이와 같이 형성된 자성막의 두께는 5μm이다. 스퍼터링 조건은 방전가스 압력이 5mTorrs이고 RF 전력이 400W이다.

표 9에 나타낸 바와 같이, 이와 같이 제작된 자성막의 자기특성과 내식성을 예 1에서와 마찬가지로 평가한다.

한편, 하기 표 10에 나타낸 바와 같이, 본 발명 범위 외의 조성인 경우에는 자성막이 내식성에 있어서는 우수하지만, 자기헤드 재료로는 부적합한 자기특성을 갖는다.

표 9와 표 10에서 명확히 한 바와 같이 Bs ≥ 1.4, Hc ≥ 1.0 Oe의 자기 특성과 내식성을 유지하는 첨가원소 농도의 범위가 존재하는 것을 알 수 있다.

[표 5]

자성막의 예로는 N과 B를 합성한 Fe-Nb-B-N-Al-Ru 합금막 및 C와 Si를 혼합한 Ta-C-Si-Al-Ru 합금막과 Fe-Hf-C-Si-Al-Ru 합금막이 있다. 이들 자성막은 스퍼터링법에 의해 형성된다. 스퍼터링법의 타겟은 각각의 원소의 분체를 열간정압 프레스법에 의해 성형해서 마련된다.

Fe-Nb-B-N-Al-Ru-합금막의 형성에는 타겟으로써(FeNbB)(AlRu)을 사용하고, 방전가스로써 Ar-N2 혼합가스(혼합비: Ar/N=09/10)를 사용해서 단결정 페라이트 기판 상에 스퍼터링을 실행한다. 스퍼터링 조건은 방전가스 압력이 5mTorrs이고 RF 전력이 400W이다.

이 자성막의 두께는 5μm이다.

표 11에 나타낸 바와 같이, 이와 같이 제작된 자성막의 자기특성과 내식성을 예1에서와 마찬가지로 평가한다.

예 1 예 5에 따라 설명한 바와 같이, Fe-N, Fe-C, Fe-B, Fe-Si중 어느 합금을 사용해도 동일한 효과를 얻을 수 있다. 그러나, 제조과정을 고려해 보면, Fe-N계는 분위기 가스 농도의 변동은 약하지만, 타겟의 형성은 용이하며, Fe-Si계는 프로세스 변동이 약한 것이 약점이다.

한편, Fe-N계와 Fe-C계는 내열성이 우수하다. 따라서, 총합적으로 고려하면, Fe-C계가 가장 우수하다.

(Al, Ru) 또는 (Al, Rh)를 함께 첨가하는 것에 의해 Al, Ru 또는 Rh가 단독으로 첨가되는 경우보다 포화자속밀도와 연자기 특성의 저하를 크게 억제할 수 있으므로, 자기헤드로써 고성능을 유지하면서 내식성이 우수한 자성막을 마련할 수 있다. 본 발명의 자성막을 사용하면, 고성능과 고신뢰성을 갖는 자기헤드와 자기기록장치를 얻을 수 있다.

본 발명의 제2의 실시예에 따라 형성된 자성막에 관련해서 하기의 예 6∼10에 따라 본 발명을 상세하게 설명한다.

[예 6]

고주파 이극성 스퍼터링 장치를 사용해서 자성막을 마련한다. 스퍼터링조건은 하기와 같다.

이 예에서는 Fe타겟에 첨가원소의 칩을 부착한 복합타겟을 사용해서 여러가지 조성막을 형성한다. N을 첨가하는 경우, N의 농도는 스퍼터링 가스내의 N₂의 비율을 제어하는 것에 의해 변화된다. 기판은 지름10nm의 결정 글래스로 이루어져 있고, 자성막의 두께는 약2μm이다. 형성된 후 자성막을 575℃의 Ar가스환경에서 1시간동안 열처리하고, 자기특성의 측정과 내식성실험을 실행한다. 자성막에 있어서, 그 조성은 EPMA법, 포화자속밀도는 시료진동형 자속계(VSM), 내식성은 커브트레이서와 VSM, 자기왜곡상수는 광레버법, 투자성은 8자코일법에 의해 측정한다. 또, 내식성의 평가는 시료를 0.5N의 염화나트륨 수용액에 침지하고, 내식성 시간으로써 침지시부터 부식의 발생시작 까지의 시간을 측정하는 것에 의해 실행된다. 또, 부식발생의 개시는 광학 현미경 관찰에 의해 시료의 표면적에 대한 부식부분의 영역의 비율이 0.1at.%를 초과하는 시점에서 판정한다. 그 결과는 표 12에 나타낸다.

표 12에서 알수있는 바와 같이, (1)∼(3)의 FeTaC, FeZrN, FeHfC 자성막은 포화자속밀도가 1.5∼1-6T정도로 자기특성은 우수하지만, 보자력과 자기왜곡상수는 작다. 그러나, 0.5N의 염화나트륨수용액에 침지될 때의 내식성 시간은 0.1h이고, 부식하기 쉬워 내식성에 문제가 있다. 한편, 이들 자성막의 내식성을 향상시키기 위해 Cr을 첨가한 비교예 4의 시료는 내식성을 향상시키는 데는 효과적이지만, 충분하지 않다. Cr 또는 Al을 다량 첨가한 비교예 5와 6의 시료는 내식성 값이 향상되어 100시간 침지해도 부식이 발생하지 않지만, 포화자속밀도는 1.3T이하로 크게 감소하고, 자기왜곡상수는 5∼Bx10으로 증가한다.

이 예에 따르면, 시료 Nos.1∼12로 나타낸 바와 같이, Ru, Rh, Ir, Os, Pd, Pt를 첨가하는 것에 의해 내식성 값이 100시간 이상으로 향상되고, Si를 첨가하는 것에 의해 자기왜곡상수는 절대값으로 4x10이고 통상은 2x10이며, 포화자속밀도 값은 1.3T 이상인 자성막을 형성할 수 있다.

또한, 표 12에서 알 수 있는 바와 같이, Ru, Rh, Ir, Os, Pd, Pt로 이루어지는 군의 원소 Ru, Rh, Ir 또는 Os는 내식성을 향상시키는 데 원소 Pd 또는 Pt보다 효과적이다.

한편, 시료 Nos.13∼15에서와 같이 Si 농도가 5at.% 미만인 경우에는 자기왜곡상수를 감소시키는 효과가 적다. Si의 농도가 20at.%를 초과하는 경우에는 포화자속밀도가 1.3T미만이다. Ru를 15at.%를 초과해서 첨가하는 경우(시료 No.15)에는 자기왜곡상수는 4×10을 초과하고, 포화자속밀도는 1.3T미만으로 저하된다.

[예 7]

예1과 동일한 과정에 의해서, Ru, Rh, Ir, Os, Pd, Pt로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 하나의 원소, Cr과 Al중 적어도 하나의 원소 및 Si를 동시에 첨가하는 것에 의해 시료를 마련하고, 그들의 자기특성과 내식성 값을 평가한다. 그 결과를 표 13에 나타낸다.

Ru, Rh, Ir, Os, Pd, Pt로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 하나의 원소, Cr, Al중 적어도 하나의 원소 및 Si를 동시에 첨가하는 것에 의해 시료 Nos.16∼20을 마련한다. 표 13에 나타낸 바와 같이, 이와 같이 형성된 자성막은 내식성 값이 향상되어 10시간 이상의 내식성 시간을 나타내고, 자기왜곡상수는 절대값으로 4×10이하, 통상의 경우에는 2×10으로 감소하며, 포화자속밀도는 1.3T 이상으로 증가한다.

한편, 15at.%를 초과해서 Cr과 Al을 포함하는 Nos.21과 22의 시료에 있어서, 포화자속밀도는 1.3T 미만이고, 자기왜곡상수는 4×10을 초과한다.

[예 8]

예 1과 동일한 과정에 의해서, Ru, Rh, Ir, Os, Pd, Pt로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 하나의 원소, Ni와 Co중 적어도 하나의 원소 및 Si를 동시에 첨가해서 시료를 마련하고, 그들의 자기특성과 내식성 값을 평가한다. 그 결과를 표 14에 나타낸다.

Ru, Rh, Ir, Os, Pd, Pt로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 하나의 원소, Ni와 Co중 적어도 하나의 원소 및 Si를 동시에 첨가해서 시료 Nos.23~27을 마련한다. 표 14에 나타낸 바와 같이, 이와 같이 형성된 자성막은 내식성이 향상되어 10시간 이상의 내식성 시간을 나타내고, 자기왜곡상수는 절대값으로 4×10이하, 통상의 경우에는 2×10이하로 감소하며, 포화자속밀도는 1.3T 이상으로 증가한다.

한편, 15at.%를 초과해서 Co 또는 Ni를 포함하는 Nos.28과 29의 시료에 있어서, 자기왜곡상수는 크게 증가해서 4×10을 초과한다.

[예 9]

예 1과 동일한 과정에 의해서, Ru, Rh, Ir, Os, Pd, Pt로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 하나의 원소, Ni와 Co중 적어도 하나의 원소, Cr과 Al중 적어도 하나의 원소 및 Si를 동시에 첨가해서 시료를 마련하고, 그들의 자기특성 및 내식성을 평가한다. 그 결과는 표 15에 나타낸다.

Ru, Rh, Ir, Os, Pd, Pt로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 하나의 원소, Ni와 Co중 적어도 하나의 원소, Al과 Cr중 적어도 하나의 원소 및 Si를 동시에 첨가해서 시료 Nos.30∼34를 마련한다. 표 15에 나타낸 바와 같이, 이와 같이 형성된 자성막은 내식성 값이 향상되어 10시간이상의 내식성 시간을 갖고, 자기왜곡상수는 절대값으로 4×10이하, 통상의 경우에는 2×10으로 감소되며, 포화자속밀도는 1.3T 이상으로 증가한다.

X군의 원소로써 Pd, Y군의 원소로써 Al 및 M군의 원소로써 Hi를 총합 15at.%를 초과해서 포함하는 시료 No.35에 있어서, 자기왜곡상수는 크게 증가해서 4x10을 초과한다.

상술한 시료 Nos.1∼12, 16∼20, 23∼27 및 30∼34는 X선 회절과 투과형 전자현미경에 의해 관찰된다. 그 결과, 각각의 자성막은 Fe를 주성분으로 하는 미소결정입자와 결정입자 주위에 존재하고 Zr, Hf, Ta, Nb의 원소군 T 및 C와 N의 원소군 Z로 이루어지는 화학화합물로 구성되어있다. Fe를 주성분으로 하는 결정입자의 평균지름이 10~20nm이고, 질화물과 탄화물의 결정입자 지름은 3∼8nm이다.

상술한 각각의 예에서 분류한 바와 같이, 본 발명에 따른 자성막은 포화자속밀도 및 보자력 등의 자기특성과 내식성이 우수하여 예를 들어 VTR 및 자기디스크의 자기헤드의 코어재료로써 사용하기에 적합하다.

[예 10]

제2도에 도시한 바와 같이, 본 발명의 자성막을 사용해서 페라이트 기판(11)에 사용되는 페라이트 헤드 또는 소위 MIG형 헤드의 갭(12) 부근에 자성막(13)을 형성한다. 자성막(13)의 두께는 5μm이다. (14)와 (15)는 저융점의 본딩글래스이다. 자기테이프가 자기헤드를 사용시, 제3도에 도시한 바와 같이, 재료의 마모비율의 차이에 따라 기판(11)과 자성막(13) 사이에 단차d를 설정한다. 그 결과, 고주파영역에서 출력을 감소시키는 스페이스손실이 발생한다. 이들 헤드에 있어서, 내식성이 1,500 Oe인 금속 테이프는 1시간동안 평균속도 3.75m/s로 작동되고, 페라이트 기판(11)과 자성막(13) 사이의 단차d와 7MHz의 기록 및 리드출력을 측정한다. 그 결과를 표 16에 나타낸다.

표 16에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 자성막을 사용하는 자성막은 페라이트(11)와 자성막(13) 사이에 기준(종래의 기술)보다 작은 단차d를 가지므로, 기록 및 리드출력이 크게 향상된다. 이것은 본 발명의 자성막의 내식성이 우수하고, 내마모성이 크게 향상되었기 때문이다.

본 발명의 실시예의 자성막을 사용하는 것에 의해, 자기기록장치는 내식성과 내마모성이 우수하고 사용되는 동안 기록 및 리드출력이 향상된 자기헤드를 갖는 고신뢰성의 자기기록장치가 된다. 자기기록장치의 하나의 예를 제4도에 따라 설명한다.

제4도는 본 발명의 자성막과 자기테이프T를 사용해서 제조되고 또한 본 발명의 자성막을 사용해서 형성되는 것이 바람직한 코어를 가질 수 있는 자기헤드(20)을 포함하는 VTR장치의 도면이다. 제4도에 도시한 VTR장치는 본 발명이 적용될 수 있는 자기기록장치의 하나의 예이다.

이에 따라, 자기헤드는 VTR에 주로 사용되는 유도형 자기헤드인 것이 바람직하지만, 본 발명에 따르면, 다른 자기기록 응용도 가능하다.

제4도에 도시한 VTR 예에 있어서, 비디오 신호는 FM 변조기(32)에 접속되고, 차례로 기록 등화기(33)와 기록 증폭기(34)에 접속된 프리엠퍼시스회로 (31)로 입력된다. 이들 소자는 VTR의 기록회로를 구성한다. 제어회로는 재생 등화기(37), 리미터(38), FM복호기(39), 저역필터(40) 및 시간축 컬렉터(41)에 접속되고, 비디오 신호를 출력하는 재생 프리 증폭기(36)를 포함한다. 회전 변형기(35)는 VTR장치의 종래의 방식에서 공지된 바와 같은 기록 및 재생동작에서 자기헤드(20)와 함께 사용된다.

본 발명의 이 실시예의 자성막을 사용한 결과, 특히, 잠재된 부식에 노출된 환경, 예를 들어 고습도의 환경 또는 클로라이드 등의 부식성 물질이 존재하는 환경에서의 동작시, 장치의 동작 신뢰성이 크게 향상된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 자성막은 고포화자속밀도, 저보자력 및 저자기왜곡상수 등의 연자기 특성이 우수할 뿐만 아니라, 내식성과 내마모성도 우수한다. 자기헤드코어에 자성막을 사용하면, 기록 및 리드특성과 신뢰성이 우수한 자기헤드와 자기기록장치를 마련하는 것이 가능하다.

Claims

조성식 Fe_aSi_cT_dX_eZ_g을 갖고, 여기에서 T는 Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Mo, W로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 하나의 원소, X는 Ru, Rh, 0s, Ir, Pd, Pt로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 하나의 원소, Z는 C와 N으로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 하나의 원소이며, 상기 조성식의 a, c, d, e, g는 원자%를 나타내고, 다음식 5c20, 2d20,0.5e15, 1g20, a+c+d+e+g=100으로 표현된 관계를 만족하는 연자성막.
조성식 Fe_aSi_cT_dX_eY_fZ_g을 갖고, 여기에서 T는 Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Mo, W로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 하나의 원소, X는 Ru, Rh, Os, Ir, Pd, Pt로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 하나의 원소, Y는 Cr과 Al로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 하나의 원소, Z는 C와 N으로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 하나의 원소이며, 상기 조성식의 a, c, d, e, f, g는 원자%를 나타내고, 다음식 5c20, 2d20, 0.5e15, f15, 1g20, a+c+d+e+f+g=100으로 표현된 관계를 만족하는 연자성막.
조성식 Fe_aM_bSi_cT_dX_eZ_g을 갖고, 여기에서 M은 Co와 Ni로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 하나의 원소, T는 Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Mo, W로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 하나의 원소, X는 Ru, Rh, Os, Ir, Pd, Pt로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 하나의 원소, Z는 C와 N으로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 하나의 원소이며, 상기 조성식의 a, c, d, e, g는 원자%를 나타내고, 다음 식 b15, 5c20, 2d20, 0.5e15, 1g20, a+c+d+e+g=100으로 표현된 관계를 만족하는 연자성막.
조성식 Fe_aM_bSi_cT_dX_eZ_g을 갖고, 여기에서 M은 Co와 Ni로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 하나의 원소, T는 Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Mo, W로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 하나의 원소, X는 Ru, Rh, Os, Ir, Pd, Pt로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 하나의 원소, Y는 Cr과 Al로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 하나의 원소, Z는 C와 N으로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 하나의 원소이며, 상기 조성식의 a, c, d, e, f, g는 원자%를 나타내고, 다음식 b15, 5c20, 2d20, 0.5e15, f15, 1g20, a+b+c+d+e+f+g=100으로 표현된 관계를 만족하는 연자성막.
제1∼4항 중 어느 한 항에 있어서, X가 Ru, Rh, Ir, Os로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 하나의 원소인 연자성막.
제1∼4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 원소 X가 3e15의 범위내의 농도를 갖는 연자성막.
제1∼4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 원소 Si가 10c15의 범위내의 농도를 갖는 연자성막.
제1∼4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 원소 T, X 및 Z가 2d10, 3e10 및 3g10의 범위 내의 농도를 갖는 연자성막.
제2항 또는 제4항에 있어서, 상기 원소 Y는 f10의 범위 내의 농도를 갖는 연자성막.
제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 원소 M이 b10의 범위내의 농도를 갖는 연자성막.
제2항 또는 제4항에 있어서, 상기 원소 X와 원소Y의 농도 합이 (e+f)15의 범위 내에 있는 연자성막.
제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 원소 M과 상기 원소X의 농도 합이 (b+e)15의 범위 내에 있는 연자성막.
제4항에 있어서, 상기 원소M, 상기 원소X 및 상기 원소 Y의 농도 합이 (b+e+f)15의 범위 내에 있는 연자성막.
제1∼4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 막의 결정입자 평균지름이 50nm 이하인 연자성막.
제1∼4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 막의 결정입자 평균지름이 20nm 이하인 연자성막.
자기헤드 코어를 갖고, 상기 자기코어의 적어도 일부가 특허청구범위 제1∼4항 중 어느 한 항에 기재된 상기 자성막으로 형성된 자기헤드.
특허청구의 범위 제16항에 기재된 적어도 하나의 자기헤드를 포함하는 자기기록장치.
조성식 Fe_aT_bZ_cAl_dX_e을 갖고, 여기에서 T는 Ta, Zr, Hf, Ti, Nb로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 하나의 원소, Z는 c, b, Si로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 하나의 원소, X는 Ru 또는 Rh로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 하나의 원소이며, 상기조성식의 a, b, c, d, e는 원자%를 나타내고, 다음식 5b20, 1c20, 0.5d10, O.5e5, 1(d+e)15, a+b+c+d+e=100으로 표현된 관계를 만족하는 연자성막.
제18항에 있어서, 상기 원소Al이 0.5d8의 범위내의 농도를 갖는 연자성막.
제18항 또는 제19항에 있어서, 상기 원소 Al과 X의 농도합이 3(d+e)15의 범위내에 있는 연자성막.
제19항에 있어서, 비율(d/e)로 나타내는 Al/Ru 또는 Al/Rh의 농도비율이 1∼5내인 연자성막.
제18항에 있어서, 상기 막의 포화자속밀도는 1.4T 이상, 보자력은 10e 이하, 비투자율은 1,000 이상, 자기왜곡상수가 5×10^-6이하인 연자성막.
제18항에 있어서, 미소결정이 석출되도록 상기 막을 열처리하고, 그것에 의해 X선 상에 회절 피크를 갖고, Fe상의 결정입자 크기가 평균10nm 이하인 연자성막.
제18항에 있어서, 적어도 Fe상의 미소결정과 탄화물상, 질화물상 또는 붕화물상의 미소결정이 석출되고, Al, Rh 또는 Ru의 대부분이 Fe상에서 고용으로 되는 연자성막.
자기헤드 코어를 갖고, 상기 자기코어의 적어도 일부가 특허청구의 범위 제18항에 기재된 상기 자성막으로 형성된 자기헤드.
제25항에 있어서, 상기 헤드가 메탈-인-갭형인 자기 헤드.
특허청구 범위 제18항에 기재된 자기헤드를 사용해서 이동하는 자기기록 매체에 정보를 기록하는 자기기록장치.
제27항에 있어서, 비디오정보 또는 오디오정보를 기록하는 것을 특징으로 하는 자기기록장치.
제27항에 있어서, 자기적 기록매체층이 형성된 자기테이프 또는 디스크를 정보기록매체로써 사용하는 것을 특징으로 하는 자기기록장치.