JPH0329304A - 軟磁性薄膜ならびにその製造方法 - Google Patents

軟磁性薄膜ならびにその製造方法

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JPH0329304A
JPH0329304A JP16267289A JP16267289A JPH0329304A JP H0329304 A JPH0329304 A JP H0329304A JP 16267289 A JP16267289 A JP 16267289A JP 16267289 A JP16267289 A JP 16267289A JP H0329304 A JPH0329304 A JP H0329304A
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Japan
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soft magnetic
alloy
film
thin film
nitrogen
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JP16267289A
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Hiroshi Shimada
寛 島田
Akira Sakai
亮 酒井
Osamu Kitagami
修 北上
Hideo Fujiwara
英夫 藤原
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Maxell Ltd
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Hitachi Maxell Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F10/00Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
    • H01F10/08Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers
    • H01F10/10Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers characterised by the composition
    • H01F10/12Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers characterised by the composition being metals or alloys
    • H01F10/16Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers characterised by the composition being metals or alloys containing cobalt
    • HELECTRICITY
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    • H01F10/13Amorphous metallic alloys, e.g. glassy metals
    • H01F10/132Amorphous metallic alloys, e.g. glassy metals containing cobalt

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  • Power Engineering (AREA)
  • Magnetic Heads (AREA)
  • Thin Magnetic Films (AREA)

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、例えば磁気ヘッドなどに用いられる軟磁性薄
膜に係り、特にコバルトを主体とするほとんどが非晶質
合金の軟磁性薄膜ならびにその製造方法に関するもので
ある. [従来技術] 磁気ヘッド、高周波リアクトル用コアあるいは磁気シー
ルド材などに適用される軟磁性薄膜材料として、バーマ
ロイ、コバルト基非晶質合金、センダストなどが中心に
検討されている.特にCO−Tf合金膜あるいはCo−
Ta合金膜はスパッタリング法などによって形成すると
、非晶質状態となり、高い飽和磁束密度でかつ良好な軟
磁性特性を有することから有望視されている.しかし、
この軟磁性材料においても実用上問題がない訳ではなく
,特に熱的安定性の面では各種磁気素子の製造プロセス
上に様々な制約を生じる.すなわち、例えば磁気ヘッド
を製造する場合,磁気コアの間にガラスを介在させ、加
熱によりそのガラスを溶融させて磁気コアどうしを接合
する工程、あるいは磁気特性を向上させるため磁気コア
を磁界中で熱処理する工程は,例えば600℃程度の比
較的高温で行われる.そのためこれらの熱処理により前
記軟磁性薄膜の結晶化が進み、軟磁気特性が著しく劣化
するという問題がある.この対策として,前記磁気ヘッ
ドを製造する場合、低融点ガラスを使用することにより
プロセスの低温化を図る方法が採用されている.しかし
,低融点ガラスは磁気コアに比較して耐摩耗性に乏しく
、磁気記録媒体との摺接によりガラス層の方が先に摩耗
してしまい,ガラス層表面と磁気コア表面との間に段差
ができる.そしてこの段差の形成により、磁気記録媒体
の磁性層が損傷を受け、そのために磁気記録特性が劣化
してしまう.さらにこのGo−Ti合金膜あるいはCo
−Ta合金膜は他のCo基非晶質合金と同様に、飽和磁
束密度を高くするためにGoリッチにすると、軟磁性薄
膜の結晶化温度が著しく下がり、そのために熱処理の温
度が制限され、プロセスのマージンが狭められるという
問題がある. そこでプロセスのマージンならびに磁気特性の両面から
,高い飽和磁束密度を保持し、かつ結晶化温度の高い材
料の開発が強く期待されている.このような期待に応え
る一つの方法として、既にGo−Nb−Zr−Ta非晶
質合金の窒化膜が提案されている(電子通信学会技術研
究報告 MR86−4,P25〜32rN,混合ガス中
でスパツタしたアモルファス合金膜の磁性」).その結
果,窒化により結晶化温度が高くなり、膜硬度も増し、
さらに特徴的な現象として. M.Takahashi
等が鉄窒化膜に見出したのと同様に(T.K.kima
nd M.Takahashi;Applied Ph
ysics Letters,vol.20, PP4
92, 1972>、Go−Nb−Z r−Ta非晶質
合金においても窒化により飽和磁束密度が増加する事が
見出された. [発明が解決しようとする課題コ しかしながらその反面、この膜では膜厚を300人以上
にすると著しく軟磁気特性が劣化することから、応用分
野への適用が困難視されている. この対策として、非常に薄い窒化膜と非窒化膜とを交互
に積層し、磁気特性の劣化を防止することが試みられた
.この方法により軟磁気特性の劣化は防止できたが、極
めて薄い膜を多層に形威して所定の膜厚にすることが必
要である.前記窒化膜ならびに非窒化膜の膜厚が200
人の場合、例えば10μmの軟磁性薄膜を形或するため
には、窒化膜ならびに非窒化膜を500回繰り返して形
成する必要である.そのため、製造工程が非常に煩雑で
生産性ならびにコストの点で問題がアル.本発明は、こ
のような欠点を解消し、優れた軟磁気特性、熱安定性を
有する軟磁性膜ならびにその製造方法を提供することに
ある. [課題を解決するための手段] 前記目的を達成するため,本発明は、コバルトを主体と
し、それにチタンならびにタンタルのグループから選択
された少なくとも1種の金属元素を添加した合金からな
り、それに窒素元素が混入していることを特徴とするも
のである.前記百的を達成するため,さらに本発明は、
コバルトを主体とし、それにチタンならびにタンタルの
グループから選択された少なくとも1種の金属元素を添
加した合金からなり、その合金を窒素ガスの存在下でス
パッタリングさせることにより、基体上に窒素元素を混
入した合金薄膜を形成したことを特徴とするものである
. 前記目的を達戒するため、さらに本発明は、コバルトを
主体にし、それにチタンならびにタンクルのグループか
ら選択された少なくとも1種の金属元素と,窒素元素と
が添加されているターゲットを用い、これをスパッタリ
ングさせることにより、基体上に窒素元素を混入した合
金薄膜を形成したことを特徴とするものである. [作用] Co−Ti合金膜あるいはCo−Ta合金膜などは、通
常、TiあるいはTaの添加率を15原子%程度以上に
すると非晶質化し良好な軟磁性膜となるが,本発明はこ
れら合金中に窒素を混入することにより、優れた軟磁気
特性を維持しながら熱的安定性を向上することがきるこ
とを見出した.すなわち、Go−Ti合金膜あるいはC
o−Ta合金膜といった非晶質合金膜では,結晶化温度
以上の温度に晒されると急速に結晶化が進行し、その軟
磁気特性が著しく劣化する.これに対して本発明のCo
−Ti,Co−Ta,Go−Ti−Ta,Co−Ti一
第3元素(後述) , Go −Ta一第3元素,Co
−Ti−Ta一第3元素窒化合金膜は,高温雰囲気に晒
されても結晶化の進行が遅く、一部が結晶化しても軟磁
気特性の劣化は非常に小さい.このような窒化による熱
安定性の向上についての理論的な根拠は明らかでないが
、窒素が母体の金属元素と強く結合して、結晶化の進行
を抑制していると考えられる. 本発明に係るCo−Ti,Go−Ta等の窒化合金膜の
製造方法としては、Co−Ti,Co−Ta等の合金を
窒素混入ガス雰囲気中でスパッタリングしてもよいし、
Co−Ti,Co−Ta等の窒化合金ターゲットをその
ままスパッタリングしてもよい. またスパッタリング方法としては、イオンビームスパッ
タリング、高周波スパッタリング、直流スパッタリング
などが用いられ、特にイオンビームスパッタリングによ
って製造した軟磁性膜は、優れた磁気特性を有するため
賞用できる.[実施例] 本発明において使用される軟磁性材料は、Coを主体と
し.Taあるいは(および)Tiを所定量含有したCO
基合金で、さらに窒素が混入されている.この軟磁性薄
膜の結晶構造は,熱処理前はほぼ完全に非晶質状態であ
り,熱処理後は一部微結晶化しているが、ほとんど非晶
質状態である.なお,本発明の軟磁性薄膜における磁歪
定数を調整するため等に、例えばZr,Hf,Y,Nb
,Mo,Wなどの他の第3元素を少量添加することもで
きる. COに対するTaあるいは(および)Tiの添加率は、
15〜307F子%(実施例では18原子%)が適当で
ある. 第1図は、本発明の実施例に用いるイオンビームスパッ
タリング装置の概略構或図である.同図において1は排
気管、2は二一ドルパルブ、3はイオン銃、4はターゲ
ット、5は基板、6は真空槽である.この真空槽6内を
I X 1 0”トール以下の高真空状態にした後、二
一ドルパルブ2よりアルゴンと窒素の混合ガスを槽内圧
力が3×10−’トールとなるように導入した.次にイ
オン#li!3より0.7 KVに加速したアルゴンイ
オンを,例えばCo@2Ti1m合金のターゲツト4に
照射し、それによって生じたスパッタリング微粒子を耐
熱ガラスからなる基板5上に膜厚7000人となるよう
に堆積させる.なお,薄膜形成におけるアルゴンイオン
照射電流は20mAとし、膜の堆積速度は20〜30人
/分とし、薄膜形或時には前記基板5に−40Vのバイ
アス電圧を印加した.そしてこのようにして形威した膜
を、500℃で約30分間磁界(400  0s)中で
熱処理した. このようにして作威した窒化膜ならびに同一合金組威の
非窒化膜の,ai気特性(保磁力)をVSMにより測定
し、その結果を次の表に示した.表 また.各サンプルの結晶構造をX線回折(CuKα)に
より調べた結果、熱処理前のものはいずれもほぼ完全に
非晶質状態であった.熱処理後の窒化膜の方は一部微結
晶化しているがそのほとんどは非晶質状態にあるのに対
し,非窒化膜の方は結晶化がかなり進行していることが
分った.前記表から明らかなように、非窒化膜の場合は
約400℃で結晶化が開始するため、500℃の熱処理
では保磁力が急増(550倍)している.これに対して
本発明の窒化膜は、X線回折によれば一部結晶化してい
るものの,その進行は遅く、そのため高温の熱処理後に
おいても良好な軟磁気特性(保磁力は60倍増大で、非
窒化膜に比較すると約1/9に抑制されている)を有し
ている.なお、前記熱処理は磁界中で行ったが,磁界を
かけないで熱処理を行っても、同様の優れた軟磁気特性
が得られることが実験で確認されている.前記実施例で
はCo−Ti合金を用いたが、Co−Ta合金,Go−
Ti−Ta合金,Co−Ti一第3元素合金,Go−T
a一第3元素合金,Co−Ti−Ta一第3元素合金等
においても良好な軟磁気特性が得られる. 前記実施例ではCo−Ti合金をターゲットとして用い
,窒素ガスの存在下でスパッタリングを行ったが、例え
ばT i NあるいはTaN等の窒化物のペレットとC
o板との複合物をターゲットとして用い(形或される薄
膜中の合金組成は、Co板上のベレットの数によってv
4整することができる),これをそのままスパッタリン
グしても窒素を含んだCo基合金薄膜が得られる. 前記実施例ではイオンビームスパッタリング広により軟
磁性薄膜を形威したが,例えば高周波スパッタリング法
など他の方法でも軟磁性薄膜を形成することができる.
この薄膜形成技術のうち特にイオンビームスパッタリン
グ法によって形威された軟磁性薄膜は、優れた磁気特性
を有している.これの理論的な根拠は明らかでないが、
次のようなことが考えられる.すなわち、スパッタ雰囲
気中に窒素が存在していると、それがアルゴンプラズマ
中でイオン化される訳であるが,イオンビームスパッタ
リング法を採用すれば、プラズマがイオン銃の中にあり
、形成された膜が窒素イオンに晒されないから、膜中に
柱状組織のようなものが戒長しないことに起因している
と予測される.[発明の効果] 本発明は前述のような構成になっており、軟磁気特性な
らびに熱的安定性の両面を向上することができる. また本発明によれば、5000〜8000人程度の比較
的膜厚の厚い単層膜においても良好な軟磁性膜を得るこ
とができ、従来提案されたように窒化膜と非窒化膜とを
多層に積層する必要がない.そのために、生産性の向上
ならびにコストの低減を図ることができる.
【図面の簡単な説明】
第1図は,本発明で用いられるイオンビームスパッタリ
ング装置の概略構威図である.第1図 1・・・・・・排気管、     2・・・・・・二一
ドルバルブ、3・・・・・・イオン銃、 4・・・・・・ターゲット、 5・・・・・・基板、 6・・・・・・真空槽.

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)コバルトを主体とし、それにチタンならびにタン
    タルのグループから選択された少なくとも1種の金属元
    素を添加した合金からなり、それに窒素元素が混入して
    いることを特徴とする軟磁性薄膜。
  2. (2)請求項(1)記載において、前記合金の結晶構造
    のほとんどが非晶質状態であることを特徴とする軟磁性
    薄膜。
  3. (3)コバルトを主体とし、それにチタンならびにタン
    タルのグループから選択された少なくとも1種の金属元
    素を添加した合金からなり、その合金を窒素ガスの存在
    下でスパツタリングさせることにより、基体上に窒素元
    素を混入した合金薄膜を形成したことを特徴とする軟磁
    性薄膜の製造方法。
  4. (4)コバルトを主体とし、それにチタンならびにタン
    タルのグループから選択された少なくとも1種の金属元
    素と、窒素元素とが添加されているターゲツトを用い、
    これをスパツタリングさせることにより、基体上に窒素
    元素を混入した合金薄膜を形成したことを特徴とする軟
    磁性薄膜の製造方法。
  5. (5)請求項(3)または請求項(4)記載において、
    前記スパツタリングが、加速されイオンビームをターゲ
    ツトに照射して微粒子を発生するイオンビームスパツタ
    リングであることを特徴とする軟磁性薄膜の製造方法。
JP16267289A 1989-06-27 1989-06-27 軟磁性薄膜ならびにその製造方法 Pending JPH0329304A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SG106659A1 (en) * 2001-05-31 2004-10-29 Ibm Method of making a spin valve sensor with a free layer structure sputter deposited in a nitrogen atmosphere

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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SG106659A1 (en) * 2001-05-31 2004-10-29 Ibm Method of making a spin valve sensor with a free layer structure sputter deposited in a nitrogen atmosphere

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