JPH0338726B2

JPH0338726B2 -

Info

Publication number: JPH0338726B2
Application number: JP9715283A
Authority: JP
Inventors: Masatoshi Takao; Kyokazu Toma
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1983-05-31
Filing date: 1983-05-31
Publication date: 1991-06-11
Also published as: JPS59220907A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は磁性薄膜およびその製造方法に関す
るものである。

〔従来例の構成とその問題点〕

まず、第１に軟質磁性金属材料に関しては、
Ni−Fe合金、Ni−Fe−Mo合金のような結晶性
材料とCo−Fe−Si−Ｂ系のような金属メタロイ
ド系非晶質材料、Co−Zr系のような金属−金属
系非晶質材料が知られている。バルクの軟質磁性
材料は変圧器の芯材、磁気シールド材、磁気ヘツ
ドの芯材等に需要がある。一方、軟質磁性材料の
薄膜も薄膜メモリ、薄膜磁気ヘツド、磁気バルブ
素子の転送パターンなどに用いられている。

軟質磁性材料に要求されている特性は、用途に
よつて多少の微妙な差があるものの、基本的には
低抗磁力（低保持力）、高残留磁束密度、高透磁
率である。薄膜の軟質磁性材料としては、Fe−
Ni合金（パーマロイ材料）と金属−金属系の非
晶質材料が主に用いられている。Fe−ni合金は
Ni濃度が大きいので飽和磁束密度が約8000ガウ
ス程度となり、鉄単体の22000ガウスと比べた場
合約３分の１となる。一方、金属−金属系非晶質
薄膜の場合は飽和磁束密度を大きくすることがで
きるが、薄膜作製としてスパツタリングを用いる
必要がある。スパツタリングは薄膜の堆積速度が
遅く、またガスを導入するので膜中にガスが取込
まれ、特性に時効が生じたりするなどの問題点が
ある。

第２番目に磁気記録媒体用などの抗磁力が大き
い材料については、金属薄膜を用いた磁気記録媒
体として最近Co−Ni合金をポリエステル・フイ
ルム上に形成するものがオーディオ用磁気テープ
として実用に供され始めている。Co−Ni薄膜は
斜入射蒸着することと、酸素雰囲気中で蒸着する
ことの２つの条件で比較的容易に大きな抗磁力を
得るためには、飽和磁束密度としてバルクの値の
半分以下にまで低下させなければならない。

大きな抗磁力を得るためには磁気的に薄めなけ
ればならないことは事実であるが、斜蒸着のよう
に薄膜内に空〓を作つて密度を下げる場合にはど
うしても信頼性の面で不十分になつて、防錆用の
インヒビターを塗布するなどの補助的手段を用い
なければならない。空〓を作らないで、抗磁力を
下げることがなければよいわけである。その方法
としては従来からある塗布型媒体のバインダの役
割を金属で置換えることができればよい。バイン
ダの役割をする金属としては非磁性で耐食性の良
いものが望ましい。

〔発明の目的〕

この発明の目的は、高い残留磁束密度をもち、
かつ、抗磁力については従来得られなかつた範囲
の十分に低いまたは十分に高い抗磁力をもつ磁性
薄膜を提供すること、ならびにそのような磁性薄
膜の製造方法を提供することである。

〔発明の構成〕この発明の磁性薄膜は、鉄（以下Feで表わす）
と、銀（Ag）、マグネシウム（Mg）およびビス
マス（Bi）のうちから選んだ少なくとも１種の
金属（以下Ｚで表わす）と、ホウ素（以下Ｂで表
わす）を含み、組成式が Fe_1-(X+a)Z_xB_a （ただし 0.2≦ｘ≦0.8 ０＜ａ＜0.2 ｘ，ａは原子数比）で表わされるものである。

そして、このような組成の磁性薄膜で同一組成
のものでも、その製造の違いによつて特性の異な
る２種のものが得られる。一つは低抗磁力のもの
であり、これは軟磁性材料に適する。もう一つは
高抗磁力のものであり、これは磁気記録媒体に適
する。

以下にこの点を詳しく説明する。

上記のような組成の磁性薄膜のうちで、各構成
元素が薄膜内の原子レベルで一様かつ無秩序に分
布しているものは結晶に起因する異方性が小さく
なり、例えは磁気特性も内面では異方性がなくな
るので低抗磁力のものが得られる。

一方同一の構成元素を有していても原子レベル
では一様でなく、強磁性金属原子と非磁性金属原
子が分離して、それぞれ数10〜数100Åの大きさ
の粒子となるような系も考えられる。この場合は
まさしく、非磁性金属粒子と強磁性金属粒子が混
り合つて、金属バインタ中に強磁性粒子が浮いて
いる状態となる。このような構造を有する薄膜は
抗磁力が大きく、磁気記録媒体用に適している。
問題となるのはこのような構造をどのようにして
実現するかである。

元来、合金を作らない元素同士の薄膜を作製す
るのは困難と考えられるが、薄膜を構成する元素
を別々に蒸着させる、いわゆる多元蒸着をすれば
可能である。ただし、異種元素間の凝集エネルギ
が反発に働く方向なので、基板の温度が高いと、
蒸着された原子が拡散移動し、同種の原子同士が
凝集するので、基板温度は顕著な原子拡散が生じ
る温度以下に保持しなければならない。こうすれ
ば原子レベルで見て異種の原子が確率的に無秩序
に分布する薄膜を得ることが可能である。原子レ
ベルで原子がランダムに分布する薄膜は当然のこ
とながら異方性が小さく、透磁率に対して、悪影
響を及ぼす結晶磁気異方性を低減させる方向に働
く。これは軟磁性材料として有用であることにな
る。

ただし、この場合強磁性金属の原子半径Ryと
非磁性金属の原子半径Rzの非Rz／Ryがおよそ
1.25以上の場合は、ランダム構造となつた時、強
磁性を失つて非磁性になる場合がある。ところ
が、組成によるが100℃〜200℃の範囲で熱処理す
ると磁性が生じる。これは熱処理によつて、ラン
ダム構造が多少とも緩和されて、同種元素の凝集
が起こるためと思われる。しかしこの時前記の温
度以上で熱処理すると以下に述べる高抗磁力材料
になるので温度を十分管理する必要がある。

非金属元素のＢ（ホウ素）の役割は、第１に薄
膜自体を安定化し、薄膜中の内部応力を緩和する
ことであり、また第２に熱処理温度の制御性をよ
くすることである。第３には信頼性を改善するこ
とである。

なお、製造されるFe−Ｚ−Ｂ組成の薄膜が高
い抗磁力を得るために、Ｚで表わした銀（Ag）、
マグネシウム（Mg）およびビスマス（Bi）のう
ちから選んだ少なくとも１種の金属の原子数比の
値、すなわちｘの値を0.2≦ｘ≦0.8と限定し、こ
のｘの値からFe−Ｚ−Ｂの各組成が、０になら
ないようにａの値を定めた。

〔実施例の説明〕

この発明の磁性薄膜は真空中で形成する。製造
装置としては第１図に示すような多源真空蒸着装
置を用いる。また第２図に示すような連続巻取式
真空蒸着装置を用いてもよい。この場合は基板と
してフレキシブルなプラスチツクフイルムを用い
る。

第１図で１は強磁性体を蒸発させる電子ビーム
加熱ハース、２は非磁性金属を蒸着させるアルミ
ナコートのタングステンヒータ、３は基板、４は
シヤツタ、５は真空排気系である。Ｂ（ホウ素）
などの添加元素はハース１あるいはヒータ２より
混合状態で蒸発させるか、あるいは第３の蒸発源
を設けてもよい。第２図は連続蒸着機の模式図で
あり、１は電子ビーム加熱ハース、２は非磁性金
属蒸発用のルツボ、３はフレキシブル基板、５は
排気系、６は基板冷却用のローラ、７は巻出ロー
ル、８は巻取ロールである。

本質的に混合しない金属の薄膜を形成するわけ
であるから、多源の装置を用いなければならない
が、複合ターゲツトを用いたスパツタリングでも
同様のことが可能である。さて磁性金属には電子
ビーム加熱を用いるのが安定的でよいが、抵抗加
熱法を用いてもよい。蒸気圧が比較的低い銀
（Ag）元素の場合は電子ビーム加熱法や抵抗加熱
法が適当であるが、蒸気圧が非常に大きいマグネ
シウム（Mg）元素の場合には、小孔のあるふた
を取り付けたアルミナ製のルツボより蒸発させる
ことにより安定化をはかることができる。

実施例１第１図に示す装置で（Fe_0.95B_0.05）_1-XAg_Xの組
成を有する薄膜を作製した。作製条件を以下に示
す。

真空度２×10^-6Torr以下基板速度 45℃以下基板ソーダーガラス板耐熱プラスチツクフイルム蒸着温度 FeB合金 300Å／分 Ag ０〜2000Å／分入射角 0゜〜30゜膜厚 1500Å 得られた薄膜の磁性合金とAgの原子比に対す
る抗磁力Hcと初透磁率μの値を第３図に示す。

つぎにｘが0.40と0.55の場合につき温度安定性
および高抗磁力化のための熱処理の結果を示す。
熱処理はアルゴン雰囲気（１気圧）下で行ない、
定温保持時間は１時間である。結果を第４図に示
す。200℃までは抗磁力は殆んど変化しないが、
それ以上になると急激に抗磁力が増加する。組成
による変化があるが、しかし傾向は同じである。
しかも250℃〜350℃の範囲内で熱処理した場合硬
質磁性薄膜となる。したがつて、軟質磁性材料と
しては200℃以下で安定である。

熱処理を300℃、１時間行なつた時の（Fe_0.95
B_0.05）_1-XAg_Xの抗磁力の値を第５図に示す。FeB
とAgがおよそ等量の時に抗磁力が最大になる。

実施例２第２図に概要を示す装置で（Fe_0.95B_0.05）_1-X
Mg_xを耐熱プラスチツクフイルム上に連続的に作
製した。作製条件を以下に示す。

真空度５×10^-6Torr以下基板（キヤン温度）水温基板耐熱プラスチツクフイルム蒸着速度 FeB合金 1000Å／秒 Mg ０〜10000Å／秒入射角 0°〜±45° 膜厚 1500Å 得られた膜厚の磁性合金とMgの原子比に対す
る抗磁力Hcと初透磁率を第６図に示す。なお、
この系の薄膜ではｘが0.5以上で蒸着直後は磁化
が小さくなつているので、具体的には大規模な原
子拡散が生じて、抗磁力が増加しない温度すなわ
ち120℃で一旦磁化を増加させてから測定を行つ
た。この熱処理を行なつたのは第７図に概要を示
すような連続式の雰囲気中熱処理装置である。第
７図中、９は熱処理用加熱ローラ、１０は雰囲気
ガス加熱用ヒータ、１１は雰囲気ガス導入孔で、
本実施例では雰囲気ガスとして、不活性ガスのア
ルゴンを用いたが、他の不活性ガスを用いてもよ
い。１２は巻出ロール、１３は巻取ロール、１４
は予備加熱ローラ、１６は徐冷ローラ、１６は予
備ガスシール室である。この装置を用いると、安
定な条件で熱処理することができる。

つぎに、高抗磁力磁性薄膜としての（FeB）・
Mg薄膜を説明する。第７図の雰囲気中熱処理装
置を用いて250℃、30秒間の熱処理を連続して行
なつた。その結果を第８図に示す。（FeB）Mg系
の薄膜は（FeB）・Ag系に比べて低い温度で熱処
理が可能である。また熱処理時間も連続的に行な
えるので、急加熱、急冷が可能となり短時間化さ
れる。

実施例３ FeBAg系およびFeBMg系金属硬質磁性薄膜を
原子拡散が顕著に起こる基板温度で蒸着して作製
した。作製条件を以下に示す。

真空度５×10^-6Torr以下基板温度 50〜350℃（可変）基板耐熱プラスチツクフイルムガラス板蒸着速度 Fe_0.95B_0.05合金約300Å／分 MgおよびAg 約400Å／分入射角 0°〜30° 膜厚 1400Å （Fe_0.95B_0.05）_0.45Ag_0.55および（Fe_0.95B_0.05）_0.
45
Mg_0.55の薄膜を基板温度に変化させて作製した時
の抗磁力の値を第９図に示す。Ag系とMg系で基
板温度に対する依存性が異なつているが、これは
それぞれの金属の融点の違いと考えられる。

実施例４ FeBBi系金属硬質磁性薄膜を、基板温度をほ
ぼ室温付近に保持して、真空蒸着法で作製後、ア
ルゴン雰囲気中で熱処理することにより得た。以
下に作製条件を示す。

真空度５×10^-6Torr以下基板温度 25℃ 基板ガラス板蒸着速度 Fe_0.95B_0.05合金約300Å／分 Bi ０〜1500Å／
分入射角 0°〜30° 膜厚 1800Å 熱処理温度 50〜350℃（変化） Fe−Ｂ合金とBiの比を変化させた場合の結果
を第１０図に示す。

実施例５ Fe−Ｂ−Ag系、Fe−Ｂ−Mg系およびFe−Ｂ
−Bi系薄膜で、Ｂ（ホウ素）の割合を変化させて
特性を調べた。薄膜作製法は実施例１、２、４と
同様であり、熱処理を行なつて、硬磁性薄膜とし
た。結果を第１１図に示す。なお熱処理温度は
Fe−Ｂ−Ag系薄膜においては300℃、Fe−Ｂ−
Mg系薄膜において250℃、Fe−Ｂ−Bi系薄膜に
おいては120℃である。

以上の各実施例で説明したようにこの発明は、
Feを主成分とする硬質および軟質の磁性薄膜の
作製に関して、有用な特性を示すことがわかる。

〔発明の効果〕

この発明によれは、高い残留磁束密度をもち、
かつ、抗磁力については従来得られなかつた範囲
の十分に低いまたは十分に高い抗磁力をもつ磁性
薄膜を得ることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は多源の真空蒸着装置の概略構成図、第
２図は連続巻取式真空蒸留装置の概略構成図、第
３図はFe−Ｂ−Ag系軟質磁性薄膜の抗磁力と初
透磁率の組成依存性を示すグラフ、第４図は低温
蒸着されたFe−Ｂ−Ag系磁性薄膜の熱処理温度
と抗磁力の関係を示すグラフ、第５図はFe−Ｂ
−Ag系軟質磁性薄膜の熱処理後の抗磁力の組成
依存性を示すグラフ、第６図はFeB−Mg系軟質
磁性薄膜の抗磁力と初透磁率の組成依存性を示す
グラフ、第７図は連続蒸着膜の熱処理装置の概略
構成図、第８図はFe−Ｂ−Mg系硬質磁性薄膜の
熱処理後の抗磁力の組成依存性を示すグラフ、第
９図はFe−Ｂ−Ag系およびFe−Ｂ−Mg系硬質
磁性薄膜の基板温度と抗磁力の関係を示すグラ
フ、第１０図はFe−Ｂ−Bi系硬質磁性薄膜の熱
処理温度と抗磁力の関係を示すグラフ、第１１図
はFe−Ｂ−Ag、Fe−Ｂ−MgおよびFe−Ｂ−Bi
系硬質磁性薄膜の熱処理後の抗磁力とＢ（ホウ素）
の含有比との関係を示すグラフである。

Claims

【特許請求の範囲】１鉄（以下Feで表わす）と、銀（Ag）、マグ
ネシウム（Mg）およびビスマス（Bi）のうちか
ら選んだ少なくとも１種の金属（以下Ｚで表わ
す）と、ホウ素（以下Ｂで表わす）を含み、組成
式が Fe_1-(X+a)Z_xB_a （ただし 0.2≦ｘ≦0.8 ０＜ａ＜0.2 ｘ，ａは原子数比）の磁性薄膜。２鉄（以下Feで表わす）と、銀（Ag）、マグ
ネシウム（Mg）およびビスマス（Bi）のうちか
ら選んだ少なくとも１種の金属（以下Ｚで表わ
す）と、ホウ素（以下Ｂで表わす）を含み、組成
式が Fe_1-(X+a)Z_xB_a （ただし 0.2≦ｘ≦0.8 ０＜ａ＜0.2 ｘ，ａは原子数比）の磁性薄膜を基板上に形成する方法であつて、薄
膜形成時に薄膜の構成原子が顕著に拡散移動しな
い温度に基板を保持することを特徴とする磁性薄
膜の製造方法。３前記薄膜の構成原子が顕著に拡散移動しない
温度に基板を保持して薄膜を形成したのち、100
℃〜200℃の温度で熱処理して低抗磁力材料にす
ることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の
磁性薄膜の製造方法。４鉄（以下Feで表わす）と、銀（Ag）、マグ
ネシウム（Mg）およびビスマス（Bi）のうちか
ら選んだ少なくとも１種の金属（以下Ｚで表わ
す）と、ホウ素（以下Ｂで表わす）を含み、組成
式が Fe_1-(X+a)Z_xB_a （ただし 0.2≦ｘ≦0.8 ０＜ａ＜0.2 ｘ，ａは原子数比）の磁性薄膜を基板上に形成する方法であつて、薄
膜形成時に薄膜の構成原子が顕著に拡散移動する
温度に基板を保持することを特徴とする磁性薄膜
の製造方法。