JPH02290004A - 軟磁性合金膜およびその製造方法 - 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】 産業上の利川分野 本発明は磁気ヘッド等のコア材料として適した、窒素を
含有するＦｅ系の軟磁性合金膜に関するものである。

従来の技術 磁気ヘッド等に用いられる代表的な軟磁性合金としては
、Ｃｏ系の非品質合金やセンダス１〜等がある。しかし
、近年、磁気記録等の高密度化に伴い、コア材料として
用いられる軟磁性合金においては、益々高い飽和磁化が
必要とされている。

一方、実際に実用的な磁気ヘットを作製する際は、磁気
ギャップ部等６こ接着ガラスδこよる強固な接着を行っ
ておくことが信頼性等の点で重要となる。接着強度の強
い接着ガラスは一般に融点か高いため、高い飽和磁化を
有する軟磁性合金膜ａコおいても高温熱処理後に良好な
軟質磁気特性が得られるものが必要となっている。Ｃｏ
系非品質合金等において高い飽和磁化をもつ軟磁性合金
膜を得ようとすると、合金中のガラス化元素の含有量を
少なくしなければならない。しかし、この場合Ｊ１−品
質合金膜の結晶化温度が低下してゆくため、高温熱処理
後の軟質磁気特性は劣化する。

発明が解決しようとする課題 以」二述べたように、軟質磁気特性の熱的安定性まで考
慮した場合、ＶＴＲ等の磁気へノド用軟磁性合金膜にお
いて、実用的な飽和磁化の上限は、Ｃｏ系非品質合金や
センダス１〜を用いて達成される１０ｋＣ；ａｕｓｓ前
後である。しかし、高密度記録に用いられる磁気ヘッｌ
・用軟磁性合金膜として、さらに高い飽和磁化を有する
軟磁性合金膜が求められていた。

また、Ｆｅを主成分とする合金は、ＣＯ系合金よりも高
い飽和磁化が期待でき、経済的にも安価である。したが
って、良好な軟質磁気特性と優れた熱安定性を有する軟
磁性膜をＦｅ系合金に求めるごとは有利と考えられてい
る。

本発明は、単なる窒化合金としてではなく、窒素による
組成変調構造をＦｅ系の合金膜に適用して、高温熱処』
（後に良好な軟質磁気特性と高い飽和磁化を有する磁気
ヘッド用軟磁性合金膜を提供するごとを目ｒ１勺とする
。

課題を解決するだめの手段 少なくとも合金膜作成時に膜厚方向の組成が変調されて
おり、膜中の平均組成が式 ＮａＴｂＮＣ で示され、前記式の組成においてＭはＦ　ｃ、Ｔδ、ｌ
Ｎｂ，　Ｔａ，　　Ｚ　ｒ，　Ｔ　ｉよりなる群から一
種類以上選択された金属、Ｎは窒素であ−９て、ａ，ｂ
Ｃは原子％を表し、それぞれ ６０≦ａ≦９２．３≦ｂ≦２０．３≦ｃ≦２５ａ　−ｔ
−　ｂ　十ｃ　＝　１　０　０であることを特徴とする
軟磁性合金膜を用いる。

特に膜厚方向に、少なくとも窒素の組成が変調されてお
り、Ｆｅ系の微結晶粒を含有する−１一記の組成よりな
る軟磁性合金膜は良好な軟質磁気特性を示す。

また膜厚方向の組成変調波長が６０ｎｍ以下であり、か
つ上記の組成よりなる軟磁性合金膜は特に良好な軟質磁
気特性を示す。

これらの軟磁性合金膜ば、スパソタ法による軟磁性合金
膜の作成時に、式Ｍａ゛　ゴゎ“　（ただし、ＭはＦｅ
，ＴはＮｂ，Ｔａ，Ｔｒ，Ｔｉよりなる群から一種類以
」一選択された金属元素であって、ａ“１　ｂ゜は原子
％を表し、それぞれ７５≦ａ゛≦９６、４≦ｂ　≦２５
、 ａ’＋ｂ’＝１００である。）で示される合金をターゲ
ンＩ・とじて用い、Ａｒ等の不活性スパッタガス中に周
期的に窒素ガスを次式 ３（％）≦Ｐｎ≦２０（％） （ただし、Ｐｎはスパッタ時の全スパソタガス圧に対す
る窒素ガス圧の割合を百分率で表した窒素分圧である。

）で示される割合で混合することにより得られる。

作用 本発明の軟磁性合金膜は、Ｆｅ系合金中に少なくともＮ
ｂ，Ｔａ，Ｚｒ，Ｔ＋より一種類以上選択された金属元
素を含む窒化膜である。上記構成の軟磁性合金膜は、た
とえばスパノク法による合金膜作成後においては、少な
くとも窒素元素が膜厚方向に組成変調された明確な組成
変調構造、即ち窒素含有量が多い窒化層と窒素含有量が
少ない非窒化層よりなる積層構造を有しており、その一
層当たりの層厚はスパッタ時の窒素ガス（Ｎ２）の混合
周期を変化させることにより制御されている。これらの
合金膜は、作成時においては上述の明確な組成変調構造
を示すが、高温熱処理により一般に明確な組成変調構造
から不明確な組成変調構造へと移行し、Ｆｅ系の微結晶
粒を含有するようになる。

本発明の軟磁性合金膜は熱処理により合金膜の構造が変
化した後、優れた軟質磁気特性と飽和磁化の増加を示す
。これに対して、一様に窒化された単層の窒化合金膜は
、良好な軟質磁気特性を示し難く、熱処理によっても磁
気特性はあまり改善されない。したがって、スパッタ法
による合金膜作成時に、少なくとも窒素元素が組成変調
されていることが、優れた軟磁性合金膜を得るために必
要な条件である。ただし、窒素元素が組成変調されるこ
とにより合金膜中の他の構成元素も相対的に組成変調さ
れる。

また、本発明の軟磁性合金膜の場合、Ｆｅ元素のように
窒素元素との親和性が弱いものと、ＮｂＴａ，Ｚｒおよ
びＴｉ元索のように窒素元素との親和性が強いものとが
合金膜中に共存している。

つまり、合金膜中では選択的にＮｂ元素等が窒素元素と
化学的に強く結合しており、このことが良好な軟質磁気
特性を得る上で重要であると考えられる。したがって、
本発明の軟磁性合金膜においては、Ｎｂ，Ｔａ，Ｚｒ，
Ｔｉより一種類以上選択された金属元素を少なくとも３
原子％以上含有ずることが必要であり、逆に飽和磁化を
高くするためには２０原子％以下とすることが望ましい
。

本発明の軟磁性合金膜の組成式において高い飽和磁化を
有するものを得るには、膜中の平均組成でＭの含有量ａ
をａ≧６０（原子％）、Ｔの含有量ｂをｂ≦２０（原子
％）、Ｎの含有量ＣをＣ≦２５（原子％）とする必要が
あり、逆に良好な軟質磁気特性を得るには、ａ≦９２（
原子％）、ｂ≧３（原子％）、３≦ｃ≦２０（原子％）
とする必要がある。以上の組成限定範囲に包含されたも
のが請求項（１）記載の発明である。

一方、これらの平均組成で示される軟磁性合金膜をスパ
ッタ法により得るためには、請求項（４）に？されるタ
ーゲットが必要となる。これはスパッタ時に窒素が周期
的に混合されるためであり、窒素元素以外の構成元素の
含有量は軟磁性膜中よりもターゲット中の方が多くなる
。この際に混合される窒素ガスの割合は、スパック時の
全スパンクガス圧に対する窒素ガス圧の割合を百分率で
表した窒素分圧Ｐｎを用いて表される。本発明の軟磁性
合金膜を得るためには、アルゴンガス等の不活性スパッ
タガス中に３（％）≦Ｐｎ≦２０（％）で示される割合
で窒素ガス（Ｎ２）を混合する必要がある。

以上のようにして得られた軟磁性合金膜は、高温熱処理
後に良好な軟質磁気特性と高飽和磁化を有し、しかも軟
質磁気特性の熱的安定性にも優れたものである。

実施例 実施例１ 本発明の第１の実施例を説明する。

Ｆｅ．．Ｎｂ．■（原子％）なる組成のターゲットを用
い、スパック時のアルゴンガス（Ａｒ）中に窒素ガス（
Ｎ２）を周期的に混合しつつ、スパッタによる成膜を行
った。このようにしてセラミック製の基板上に一層当た
り１０ｎｍの窒化層と１層当たり１０ｎｍの非窒化層が
膜厚方向に周期的に積層された多層膜、即ち組成変調膜
を形成した。

この組成変訓膜が本発明の実施例１における軟磁性合金
膜である。また比較のため、同じターゲッ１・を用いて
、スパッタ時に窒素ガスを用いずにアルゴンガスだけで
非窒化膜を作成した。同じく比較のため、同じターゲッ
トを用いて、スパッタ時に窒素ガスとアルゴンガスを混
合した状態のままで単層窒化膜を作成した。この場合、
各種合金膜の膜厚は１〜１。５μｍである。以上のよう
にして作成された各種の試料構造を有する合金膜に対し
て磁界中熱処理を行った。

第１図は、本発明の実施例１における軟磁性合金膜にお
いて、スパッタ時に混合した窒素ガスの分圧即ち窒素分
圧（Ｐ　ｎ）と得られた組成変調膜の保磁力（Ｈｅ）と
の関係を示す。ここでスパッタ時の窒素分圧（Ｐｎ）は
スパッタ時の全ガス圧に対する窒素ガスの分圧を百分率
で示したものである。

ただし、窒素分圧がＯ％で示されているものυＪ、前述
の非窒化膜のことである。第１図中の未処理とはスバン
タ後に熱処理を施していない状態の合金膜、即ぢいわゆ
るアスプリペアド（ａｓ−ρｒｅｐａｒｅｄ）状態の合
金膜を示す。また第１図中の回転磁界中熱処理および固
定磁界中熱処理とは、スバノタによる成膜後に５００゜
Ｃ、１時間のク１１１処理を回転磁界中および固定磁界
中で施した合金膜を示す。第１図に示す実施例１の軟磁
性合金膜、即ち組成変調膜は５≦Ｐｎ≦２０　（％）の
範囲で、５００゜Ｃ、１時間の高温熱処理後において、
回転磁界中および固定磁界中の両方で良好な軟質磁気１
ｈ性を有している。これに対して、比較のため作製した
非窒化膜（Ｐｎ一〇％）は、未処理および熱処理後とも
に１．０（Ｏｅ）以上の高い保磁力を示し２、良好な１
次質研気肋，性を示さない。１二た図中には示されてい
ないが、比１咬のため作成した単層窒化膜ζこおいても
良好な軟質磁気１ｒ性は４Ｍら机なかった。

第２図は第１図に示した本発明の軟磁性合金膜におりる
飽和磁化（４πＭｓ）の窒素分圧（１）ｎ）依存性を示
す。ごこてＰｎ＝○（％）の合金膜は非窒化膜を表し、
Ｐｎ＞Ｑ　（％）の窒素を含む合金膜はｆｆＪｌ成変調
膜を表す。熱処理を施していない未処理の組成変調膜は
８〜１　］．　ｋ　Ｇ　ａ　ｕ．　ｓ　ｓ程度の飽和磁
化しか示さないが、図中で熱処理後として示されている
５００゜Ｃ、１時間の熱処理後における組成変調膜は１
５ｋＧａｕｓｓ程度の高い飽和磁化を示す。

ここで、絹成変調膜におげる糾成変調波長とは、一層当
たりの窒化層の厚のと−層当たりの非窒化層の厚みを加
えたものとして与えられる。第１図および第２図で示さ
れている糾成変３１ｉＪ膜は、１０ｎ　ＩＴ＋の窒化膜
と］．．　Ｏ　ｎ　ｒｎの非窒化層とを積層した多層Ｉ
模であり、組成変調波長は２　０　ｎ　ｒｎである。

また第１図および第２図ＧこおけるＰ　ｎ　＝　１．　
０　（％）の合金膜平均３、１１成はラリ′フォード後
方散乱による分析により、ＦＣ７７Ｎｂ＋。Ｎ’　＋　
３であった。

これらの組成変調膜におＪｌる熱処理前後の保磁力およ
び飽和磁化の変化は、膜中の構造変化と深くか力骨）っ
ている。第３図および第４図は、実施例１のＫＪＩ成変
調膜（Ｐｒ＋＝１５％）の膜表面から膜厚方向へかげて
、オージェ分光分析を川いて測定したＦｅ元素、Ｎｂ元
素および窒素（Ｎ）元素含有量に関するデブスブ１つフ
ァイルである。第（３図は未処理、即ちｉｌ　Ｓ　　Ｐ
　Ｉ’　ｅ　ｐ；）　ｒ　ｅｄ状態の糺成変調膜のもの
であり、第４図は５００゜Ｃ、１時間の熱処理を施した
ものである。第３図よ第４レ］を比較すると、実施例■
の組成変調膜は、窒素元素などのように未処理状態では
明確な組成変調構造を有しているが、熱処理後において
はこれが不明確なものとなる。木発明の軟磁性合金Ｉ１
ジは第４図のよ・うに＆ｌ］成変調構造が不明６′ｆ「
になった後に高い飽和磁化と良好な軟質磁気特性を示す
ものである。しかし、単層窒化膜は熱処ｌｌＴｌ！Ｔｉ
″ｌＩ後で良好な軟質磁気特性を示さないことを考え合
わｌ゛ると、少な《ともスバソクによる組成変調欣の作
成時に膜！ゾ方向のＳ１１１成が変調されていることが
不可欠である。また、熱処理前後の＋１４造変化は、Ｎ
ｂが選ＩＪｉ？的に窒素元素と結合しやすいために生し
ると考えられろ。したがって、本発明の軟磁性合金膜す
なわち組成変調膜中においては、平均組成で少なくとも
Ｎｂ元素、もしくはＴａ，Ｚｒ，Ｔｉ等の元素を合計３
％以」−、窒素元素を３％以−ヒ含有ずることが必要で
ある。

以上述べたように、本発明の実施例１における軟磁性合
金膜、即ちＦｃ系の窒化紐成変調Ｉ模は、１　５（ｋＧ
ａ　ｕ　ｓ　ｓ）もの高い飽和磁化と１．（Ｏｃ）以下
の低い保磁力で表される良好な軟質磁気特性を有してお
り、５００゜Ｃ、１時間の高温熱処理後に良好な１リ：
質磁気特性が得られるものである。

また、実施例１の軟磁性合金膜においては、変調周期２
０９ｍ，窒素分圧Ｐｎ−１５（％）の軟磁性合金膜が５
Ｘ］．０”という飽和俳歪定数を有していることが薙認
された。この値は回しＦｅ系軟磁性合金てあるＦｃ−Ｓ
ｉ−Ｂ系非品質合金等の３０Ｘ１０６程度と比較すると
非常に低い値である。したがって、低磁歪という観点か
らも実施例１の軟磁性合金膜は磁気う冫１一用として適
していろ。

実施例２ 本発明の第２の実施例を以下に説明する。

本発明の実施例２における軟磁性合金膜として、実施例
１で述べたのと同じＦｃｌｌｌ］Ｎｂ１２をクーゲソト
として用い、スバンタ時の窒素分圧と組成変調波長が異
なる組成変調膜を作成して高温熱処理を施した。この実
施例２におりる試料と、比較例として作成した組成変調
膜における試料の保磁力を第１表にまとめて示す。

第１表 表に示すように、本発明の実施例２における組成変調膜
１〜３は、低い保磁力で代表される良好な軟質磁気特性
を存ずるものである。この場合、ｌ５ 本発明の実施例２における組成変調膜と比較例として示
した組成変調膜４〜６との比較により、軟質磁気特性に
優れた組成変調膜の組成変調波長は少なくとも６００ｎ
ｍ以下が望ましい。

以」−述べたように本発明の実施例２における軟磁性合
金膜、即ちＦｅ系の窒化紺成変調膜は、組成変調波長が
少なくとも６０ｎｍ以下で特に良好な軟質磁気特性を示
す。

実施例３ 本発明の第３の実施例を説明する。

Ｆｅｓ＋Ｚｒ＋，（原子％）なる組成のターゲットを用
い、スパッタ時のアルゴンガス中に窒素ガスを周期的に
混合しつつ、スパッタによる成膜を行った。このように
してセラミック製の基板上に一層当たり１０ｎｍの窒化
層と一層当たり１０ｎｍの非窒化層が膜厚方向に周期的
に積層された多層膜、即ち組成変調膜を形成した後、固
定磁界中で６００゜Ｃ、１時間の高温熱処理を行って実
施例３の軟磁性合金膜を作成した。

第５図は実施例３の軟磁性合金膜において、スパッタ時
に混合した窒素ガス分圧（Ｐｎ）に対して、磁化困難軸
方向に測定した保磁ノＪ（Ｈｃ）および初透磁率（μｉ
）を示したものである。ただし、窒素分圧が０％で示さ
れる合金膜は比較のために作成した非窒化膜のことであ
る。第５図ｃ，二示す実施例１の軟磁性合金膜すなわち
組成変調膜はＰｎが３％付近以上、少なくとも２０％以
下の範囲で低い保磁力および高い透磁率を有しており、
良好な軟質磁気特性が得られている。またこの軟磁性合
金膜においてＰｎ−１０（％）の飽和磁化は１３．２　
ｋＧａ　ｕ　ｓ　ｓと高く、飽和磁歪定数がＩＸＩＯ”
程度と低い値となる。したがって実施例３の軟磁性合金
膜は磁気ヘッド用等とし７て適したものである。

実施例４ 本発明の第４の実施例を説明する。

本発明の実施例４として、本発明の製造方法を用いて、
本発明の軟磁性合金膜、即ちＦｃ系の組成変調膜を、第
２表に示す組成により作成し、それぞれ最適な熱処理を
施した。

第２表 表で示されるように、本発明の実施例４における窒化組
成変調膜７〜１２は、すべて高い飽和磁化と低い保磁力
を示し、軟磁性合金膜として優れたものである。

実施例４において各種軟磁性合金膜の膜中平均組成ば、
Ｆｅと、Ｎｂ，Ｔａ，Ｚｒ，Ｔ　ｉ等の金属元素とＮが
必須になっている。

以上実施例４に示したように、本発明の軟磁性合金膜、
即ちＦｅ系窒化組成変調膜は幅広い組成範囲で良好な磁
気特性を得ることができる。

実施例５ 本発明の第５の実施例を説明する。

Ｆ　ｅ　ＩｌｓＮ　ｂ　１２、Ｆ　ｅｏ７Ｔ　ａ　Ｍｌ
、Ｆ　Ｏ　ｎ　，Ｚ　ｒ　＋　５およびＦ　ｅ　ｅ＋Ｔ
　ｔ　ｌｑの４種類のクーゲッ１・を用いて、スバック
時のアルゴンガス中に窒素ガスを窒素分圧Ｐｎ＝１０　
（％）の割合で周期的に混合しつつ、スパッタによる成
膜を行った。このようにしてセラミック製の基板上に一
層当たり１．　Ｏ　ｎ．　ｍの窒化層と一層当たり１０
ｎｍの非窒化層が膜厚方向に周期的に積層された組成変
調膜を形成した。

得られた組成変調膜に回転磁界中で３０分間の熱処理を
低温から高温まで加えて行った。第６図はこの際の熱処
理温度Ｔａｎｎと熱処理後の合金膜の保磁力Ｈ　ｃの関
係を示す。第６図より各組成変調膜は４５０〜６５０゜
Ｃの熱処理後に低い保磁ノｊを示す軟磁性合金膜となる
。

第７図はこれらＦｅ−（Ｎｂ，Ｔａ，Ｚｒ，Ｔｉ）合金
をターゲッｌ一に用いて作成した各種軟磁性合金膜の熱
処理後の飽和磁化をターゲット中のＦｅの含有量に対し
て示したものであるが、ＦＣ含有量が低下するにつれて
飽和磁化が低下することがわかる。この場合ターゲット
中のＦｅ含有量が７５原子％以上であれば、従来用いら
れている飽和磁化１．０ｋＣａｕｓｓ程度の軟磁性合金
膜よりも高い飽和磁化を有する軟磁性合金膜が得られる
と考えられる。

以上のように、本発明の軟磁性合金膜の製造方法を用い
て作製した本発明の軟磁性合金膜は、幅広い組成範囲で
良好な軟質磁気特性と高い飽和磁化を得ることができる
のである。

発明の効果 本発明による軟磁性合金膜は、高い飽和磁化と低い保磁
力で表される良好な軟質磁気特性を兼ね備えたものであ
り、しかもその良好な磁気待性は高温熱処理後に得られ
るものである。また本発明の軟磁性合金膜の製造方法は
、このような良好な磁気特性を有する軟磁性合金膜を作
成するものである。

したがって、本発明の軟磁性合金膜およびその製造方法
は、磁気ヘッド用軟磁性合金膜等のような産業」二の利
用価値が極めて高いものである。

【図面の簡単な説明】

第１回は本発明の軟磁性合金膜と比較例の軟磁性合金膜
における保磁力の窒素分圧依存性を示すグラフ、第２図
は本発明の軟磁性合金膜と比較例の軟磁性合金膜におけ
る飽和磁化の窒素分圧依存性を示すグラフ、第３図およ
び第４図は本発明の軟磁性合金膜の熱処理前後における
各元素含有量のデプスプロファイルを示す図、第５図，
第６図および第７図は本発明の軟磁性合金膜の諸磁気特
性を示すグラフである。 代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　はか１名第１図 窒素 分 圧 Ｐｎ　（％） 弔 図 ＩＯ 〃 窒 素 分 圧 Ｐｎ （″／．） 第 図 第 図 スノでツタ−ｖｆ閑（分ノ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも合金膜作成時に膜厚方向の組成が変調
   されており、膜中の平均組成が式 Ｍ＿ａＴ＿ｂＮ＿ｃ で示され、前記式の組成において、ＭはＦｅ、ＴはＮｂ
   ，Ｔａ，Ｚｒ，Ｔｉよりなる群から一種類以上選択され
   た金属、Ｎは窒素であって、ａ，ｂ，ｃは原子％を表し
   、それぞれ ６０≦ａ≦９２，３≦ｂ≦２０，３≦ｃ≦２５かつａ＋
   ｂ＋ｃ＝１００であることを特徴とする軟磁性合金膜。
2. （２）膜厚方向に少なくとも窒素の組成が変調されてお
   り、Ｆｅ系の微結晶粒を含有することを特徴とする請求
   項（１）記載の軟磁性合金膜。
3. （３）膜厚方向の組成変調波長が６０ｎｍ以下であるこ
   とを特徴とする請求項（１）または（２）のいずれかに
   記載の軟磁性合金膜。
4. （４）スパッタ法による合金膜の形成時に、式Ｍ＿ａ’
   Ｔ＿ｂ’ （ただし、ＭはＦｅ、ＴはＮｂ，Ｔａ，Ｚｒ，Ｔｉより
   なる群から一種類以上選択された金属であって、ａ’，
   ｂ’は原子％を表し、それぞれ７５≦ａ’≦９６，４≦
   ｂ’≦２５、ａ’＋ｂ’＝１００である。）で示される
   合金をターゲットとして用い、Ａｒ等の不活性スパッタ
   ガス中に周期的に窒素ガスを次式 ３（％）≦Ｐｎ≦２０（％） （ただし、Ｐｎはスパッタ時の全スパッタガス圧に対す
   る窒素ガス圧の割合を百分率で表した窒素分圧である。 ）で示される割合で混合することにより、請求項（１）
   ，（２）または（３）のいずれかに記載の軟磁性合金膜
   を形成する軟磁性合金膜の製造方法。