JPH03132006A - 多層磁性膜およびこれを用いた磁気ヘツド - Google Patents

多層磁性膜およびこれを用いた磁気ヘツド

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JPH03132006A
JPH03132006A JP26892389A JP26892389A JPH03132006A JP H03132006 A JPH03132006 A JP H03132006A JP 26892389 A JP26892389 A JP 26892389A JP 26892389 A JP26892389 A JP 26892389A JP H03132006 A JPH03132006 A JP H03132006A
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film
magnetic
multilayer
magnetic film
nitride
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JP26892389A
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Hitoshi Nakamura
斉 中村
Toshio Kobayashi
俊雄 小林
Ryoichi Nakatani
亮一 中谷
Takayuki Kumasaka
登行 熊坂
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y25/00Nanomagnetism, e.g. magnetoimpedance, anisotropic magnetoresistance, giant magnetoresistance or tunneling magnetoresistance
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F10/00Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
    • H01F10/32Spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
    • H01F10/324Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer
    • H01F10/3254Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer the spacer being semiconducting or insulating, e.g. for spin tunnel junction [STJ]

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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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〕 本発明は高飽和磁束密度、高透磁率を有する多層磁性膜
に関し、特に磁気ディスク装置やVTRなどに用いられ
る磁気ヘッドや磁気ヘッドのコア材に適した熱安定性の
高い多層磁性膜に関する。
〔従来の技術〕
磁気記録の高密度化に伴い、高保磁力媒体にも十分な書
き込みが可能なM I G (Metal in Ga
p)ヘッドが最近注目されている。MIGヘッドはガラ
スボンディングという高温プロセスを必要とするため、
熱安定性の高い(熱処理によって軟磁気特性が劣化しな
い)磁性膜が要求される。MIGヘッドに用いられる比
較的熱安定性の高い磁性膜としてはCo系の非晶質合金
、センダスト合金さらには特開昭62−210607に
示されている(Fe。
Co、Ni)MNで表されるような窒素を含む磁性合金
などが知られている。ここで、MはZr。
Nb、Ti、Mo、Ta、Hf、Cr、Wより成る群か
ら選択された金属である。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記従来技術に述べられているようなCo系の非晶質合
金、センダスト合金(Fe、Co、Ni)MN合金など
では、磁気ヘッドに供されるような特性を示す磁性膜の
飽和磁束密度は最大で1.4〜1.5Tである。
本発明の目的は、上記従来技術と同等あるいはそれ以上
の熱安定性を有し、しかもさらに優れた高飽和磁束密度
を有する磁性膜およびこれを用いた高密度磁気記録用の
磁気ヘッドを提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的はFe系合金薄膜と窒化物系非磁性薄膜とから
多層磁性膜を構成することにより達成される。
また1本発明の多層磁性膜を磁気ヘッドの磁気回路の少
なくとも一部に用いることにより、優れた記録再生特性
を有する磁気ヘットを得ることができる。
〔作用〕
VN、TaN、TiNなどの窒化物系非磁性薄膜は膜形
成時には非晶質であり、高温で熱処理すると、準安定な
膜中の窒素が膜外に放出される。
このため、上述のようなFe系合金薄膜と窒化物系非磁
性薄膜とからなる多層磁性膜を高温で熱処理すると、F
e系合金薄膜中に窒素が拡散し、膜中に窒化物の微結晶
を析出する。このような微結晶が析出すると結晶粒成長
が抑制されるため、膜の熱安定性が向上する。また、上
記多層磁性膜は高飽和磁束密度で、しかも高透磁率を有
するため磁気ヘッドの磁気回路の一部に用いることによ
り、優れた記録再生特性を有する磁気ヘッドを得ること
ができる。
〔実施例〕
以下に本発明の一実施例について1図表を参照しながら
説明する。
[実施例1コ 多層磁性膜の作製にはデュアル・イオンビームスパッタ
リング装置を用いた。スパッタリングは以下の条件で行
った。
イオンガス           ArArガス圧力 
      2.5X10−2Pa蒸着用イオンガン加
速電圧   1200V蒸着用イオンガンイオン電流 
  120mA基板照射用イオンガン加速電圧  20
0V基板照射用イオンガンイオン電流  40mAター
ゲット・基板間距離     127mm作製した多層
磁性膜の断面構造を第1図に示す。
本実施例では磁性膜11として膜厚450人のFe−3
at%C合金、窒化物系非磁性薄膜12として膜厚50
人のTiN膜、基板13としてコニング社製7059ガ
ラスとホトセラムを用いた。ここで、熱処理温度が70
0℃の膜の特性評価はホトセラムで行なった。磁性膜層
数は10層で、多層磁性膜の総膜厚を約0.5μm と
した。
また、本実施例と比較するために磁性膜11として膜厚
450人のF e −3a t%C合金、窒化物系非磁
性薄膜12の変わりに膜厚50人のパーマロイ膜を用い
た磁性膜層数が10層で、総膜厚が約0.5μmの多層
膜も同時に作製した。これらの膜について熱安定性を調
べるために300〜700℃の範囲内で熱処理を行ない
軟磁気特性の変化を調べた。熱処理条件はアルゴンガス
雰囲気中で、上記の各温度に1時間保持である。実験結
果を第1表に示す。
第  1  表 上表に示すように、Fe−3at%C/TiNの多層磁
性膜は熱処理温度が500℃以上まで優れた軟磁気特性
を示し、熱処理温度が550 ’Cにおいてでさえも膜
の比透磁率は1000以上の幀を示した。これに対し、
Fe−3at%C/NiFeの多層磁性膜では熱処理温
度が500℃までは暎の比透磁率が1000以上の値を
示しているが、熱処理温度が400℃の時に軟磁気特性
が最大値を示す。この結果、本発明により膜の熱安定性
は約100℃向上した。また、TiNによる多層化はN
iFeにより多層化を行った膜に比べて軟磁気特性が良
く、しかも熱処理により軟磁気特性がより向上すること
も分かった。本発明に用いた窒化物系非磁性薄膜は膜形
成時には非晶質であるため、凹凸の無い平坦な膜が形成
され、これがN1Faのような結晶質材料を挿入した多
層磁性膜に比べて軟磁気特性が優れている原因の一つと
も考えられる。発明では窒化物系非磁性薄膜としてTi
Nを用いたが、T a N 、 Z r N 、 N 
b N 、 A Q N 。
Cr 2 N + V N + Hf N 2M O2
Nなどその他の窒化物についても同様の効果が有ること
が確認された。ここでは、窒化物系非磁性薄膜の価数を
例えばTiNのように表示したが、必ずしもこのような
一定の組成の膜のみができるわけではないことは明らか
であり、本発明では代表してこのような表示の仕方を行
なった。本発明ではFe系合金薄膜に窒化物系非磁性薄
膜を挿入したため膜の飽和磁束密度はわずかに減少する
が、上記検討を行ったFe−3at%C/ T i N
多層磁性膜の飽和磁束密度は1.9Tと高い値を示した
。参考までにFe−3at%C/NiFe多層磁性膜の
飽和磁束密度は2.OTであった。
[実施例2] 本実施例では磁性膜11として膜厚450人のFe−3
at%C−1at%Ta合金、窒化物系非磁性薄膜12
として膜厚50人のTiN膜、基板13としてコーニン
グ社製7059ガラスとホトセラムを用いた。磁性膜層
数は10届で、多層磁性膜の総膜厚を約0.5μmとし
た。実施例1と同様に膜の熱安定性を調へるために30
0〜700℃の範囲内で熱処理を行ない軟磁気特性の変
化を調べた。第2表は測定結果で、比較のために実施例
1に示したFe−3at%C/NiFe多層膜の結果も
同時に示した。
第 表 上表に示すように、Fe−3at%C−1at%T a
 / T i Nの多層磁性膜は熱処理温度が600°
C以上まで優れた軟磁気特性を示し、熱処理温度が65
0℃においてでさえも瞑の比透磁率は1000という高
い値を示した。この結果から、本発明により膜の熱安定
性は150〜200℃向上した。本発明では窒化物系非
磁性薄膜としてTiNを用いたが、T a N、 Z 
r N、 N b N。
AQN、VN、I(fN、CrzN+ MO2Nなどそ
の他の窒化物についても同様の効果が有ることが確認さ
れた。また本発明では磁性膜中にTaを添加したが、T
i、V、Zr、Ntz W、Mo、B。
Cr、Hfなどの添加も本発明による多層磁性膜の熱安
定性を高めるために有効であることが分かった。第2表
において、本発明による多層磁性膜(Fe−3at%C
−1at%Ta/TiN)の軟磁気特性が700℃の熱
処理で、急激に劣化したように見えるが、これは基板に
ガラスに比べて表面性の悪い結晶化ガラスのホトセラム
を用いたことが影響しているものと思われる。ちなみに
、膜形成時の軟磁気特性はガラス基板に比べてホ1、セ
ラム基板上に形成した膜の方が悪い。
本発明による多層磁性膜で熱安定性が向上した原因を調
べるために600°Cで熱処理した膜についてAESと
SIMSにより膜深さ方向の組成分析を行った。その結
果、本発明による多層磁性膜では、Fe系合金薄膜と窒
化物系非磁性薄膜間で相互拡散が起こってはいるが、高
温で熱処理しても多層膜構造が保たれていることが確認
された。
また、わずかではあるが磁性膜中に窒素の濃度分布が確
認された。これに対し、Fe−3at%C/ N x 
F e多層磁性膜では相互拡散のためか膜中の濃度分布
が均一化され、多層膜構造がほとんど確認できない。熱
処理による多層膜構造のこのような変化は、結晶粒径に
も影響することが考えられるため、X線回折法と電子顕
微鏡による断面構造i察から膜の平均結晶粒径を求めた
。第2図は熱処理温度に対する結晶粒径の変化を調べた
結果である。本発明による多層磁性膜の結晶粒径は熱処
理温度が300℃で約120人で、熱処理温度が600
℃でも約170人、700°Cで約200人と結晶粒成
長が抑制されているようにも思われる。これに対し、F
e−3at%C/NiFe多層磁性膜では熱処理温度が
300℃で約150人の結晶粒径が、熱処理温度が60
0℃になると約400人と2〜3倍に結晶粒成長するこ
とが分かった。また、断面の観察結果から本発明による
多層磁性膜では多層膜構造が確認されたが、Fe−3a
t%C/NiFe多層磁性膜では多層膜構造がほとんど
確認できず、これは組成分析結果とも一致する。これら
の結果から、結晶粒成長および相互拡散が膜の軟磁気特
性の変化の原因と考えられる。本発明による多層磁性膜
において結晶粒成長が抑制される原因は、高温熱処理に
よって磁性膜中に窒化物の微結晶が析出し、これが結晶
粒成長を抑制するためと考えられる。そこで、高分解能
EPMAにより分析した結果、磁性膜を構成する結晶粒
の周辺にTaNが観察された。また、透過電子顕微鏡に
よる回折パターンからもTaNと思われる回折線が見ら
れることから、このような窒化物の微結晶の析出が股の
熱安定性と関係しているものと考えられる。
[実施例3] 第1図に示すような多層磁性膜を用いてVTR用磁気ヘ
ットを作製した。本実施例では磁性膜11として膜厚9
50人のFe−3at%C−1at%Ta合金、窒化物
系非磁性薄膜12として膜厚50人のTiNを用いた。
磁性膜は200周期積層し、膜厚は約20μmとした。
第3図に示すVTR用磁気ヘッド90の作製工程を以下
に述べる。
第3図(a)に示す溝81を有するM n −Z nフ
ェライトからなる基板82を用意し、第3図(b)に示
す如く基板82の表面に膜厚約20μmの上記多層構造
を有する多層磁性膜83をイオンビームスパッタリング
法により作製した。次に第3図(C)に示すとと<pb
系ガラス84を用いて溝81を充填し、さらに第3図(
d)に示すごと<pb系ガラス84の表面を研摩してギ
ャップ構成面85を形成し、ヘッドコア半休ブロック8
6を作製した。さらに、ギャップ構成面85にギャップ
材となる5iOz膜をスパッタリング法により形成し、
第3図(e)に示すごとく巻線窓87を有するヘッドコ
ア半休ブロック88と上記へラドコア半休ブロック86
とをギャップ材を介して重ねあわせて500℃の温度で
30分間加熱してpb系ガラス84を再度溶融、固化し
て接合ブロック89を作製した。さらに第3図(e)に
示す2点鎖線部を切断して第3図(f)に示すVTR用
磁気ヘッド90を得た。
上記の工程によって作製した本発明の磁気ヘッドの記録
再生特性を保磁力14000eのメタルテープを用いて
測定した。この結果を第3表に示す。また、参考のため
にFe−3at%C/NiFe多層磁性膜を用いた磁気
ヘッドについての結果も示す。
第  3  表 第3表に示すように、本発明による多層磁性膜を用いた
磁気ヘッドの再生出力は従来例の多層磁性膜を用いた磁
気ヘッドに比べて再生出力が高いことが分かった。これ
は従来例による多層磁性膜ではPb系ガラスを用いたガ
ラスボンディングの工程で、第1表に示したように多層
磁性膜の軟磁気特性が劣化することが考えられるのに対
し、本発明による多層磁性膜では股の劣化はなく、むし
ろ軟磁気特性は向上するため、再生出力に差が見られた
ものと思われる。
〔発明の効果〕
以上説明したごとく、Fe系合金薄膜と窒化物系非磁性
薄膜とを組み合わせた多層磁性膜は高飽和磁束密度で、
しかも優れた軟磁気特性と高い熱安定性を示す。また、
本発明の多層磁性膜を磁気ヘッドの磁気回路の少なくと
も一部に用いることにより、優れた記録再生特性を有す
る磁気ヘッドを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の多層磁性膜の断面図、第2図は熱処理
温度と結晶粒径の関係、第3図は本発明の多層磁性膜を
用いたVTR用磁気ヘッドの作製工程を示す斜視図であ
る。 11・・磁性膜、12・・・窒化物系非磁性薄膜、13
・・・基板、81・・溝、82・・基板、83・・・多
層磁性膜、84・・・pb系ガラス、85・・・ヘッド
ギャップ構成面、86・・ヘッドコア半休ブロック、8
7・・・巻線窓、88・・巻線窓を有するヘッドコア半
休ブロック、89・・・接合ブロック、90・・・VT
R用磁気ヘッド。 第 図 第 図 仏辷りf1及(°C) 手 〕 図

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.添加元素として、C,B,Ta,Ti,V,Zr,
    Nb,W,Mo,Cr,Hfより選ばれる少なくとも1
    種以上の元素を含むFeを主成分とする合金薄膜とVN
    ,TaN,TiN,ZrN,NbN,AlN,HfN,
    Cr_2N,Mo_2Nより選ばれる少なくとも1種以
    上の窒化物を含む窒化物系非磁性薄膜とを積層したこと
    を特徴とする多層磁性膜。
  2. 2.前記合金薄膜の平均結晶粒径が200Å以下である
    請求項1記載の多層磁性膜。
  3. 3.特許請求の範囲第1項又は2項記載の多層磁性膜を
    磁気回路の少なくとも一部に用いたことを特徴とする磁
    気ヘツド。
JP26892389A 1989-10-18 1989-10-18 多層磁性膜およびこれを用いた磁気ヘツド Pending JPH03132006A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115223783A (zh) * 2021-04-21 2022-10-21 通用电气公司 具有磁性和非磁性双相的部件的制造方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115223783A (zh) * 2021-04-21 2022-10-21 通用电气公司 具有磁性和非磁性双相的部件的制造方法
CN115223783B (zh) * 2021-04-21 2026-02-10 通用电气公司 具有磁性和非磁性双相的部件的制造方法

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