JPH0410403A - 高耐熱性多層磁性膜およびこれを用いた磁気ヘッド - 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】

［産業上の利用分野］ 本発明は高飽和磁束密度、高透磁率を有する磁性膜に関
し、特に熱安定性の高い多層磁性膜およびそれをコア材
に用いた、磁気ディスク装置やＶＴＲなどに用いて好適
な磁気八ツ１くに関する。 ［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ＭＩＧ　（メタル　インギャップ：　Ｍ
ｅｔａｌ　ｉｎ　Ｇａｐ）ヘッドが最近性［］されてい
る。しかし、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に示された（
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、ＷＣｒ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、センダスト合金さらには（Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ）ＭＮ
合金などを用いると、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
、耐熱温度は６００〜７００　’Ｃと報告されている。 しかし、飽和磁束密度が最大となる組成領域では耐熱温
度が低く、飽和磁束密度と耐熱温度をともに満足するよ
うな磁性膜に関する報告はない。 本発明の目的は、上記従来技術よりも高い飽和磁束密度
を有し、しかも熱安定性の高い多層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堤供することに
ある。 【課題を解決するための手段］ 本発明者等は膜の飽和磁束密度への影響が小さく、しか
もγ相を析出しにくい材料を中間層に用いることによっ
て、熱安定性が高く、高飽和磁束密度を有する多層磁性
膜が得られることを明らかにした。 また、本発明の多層磁性膜を磁気ヘットの磁気回路の少
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。 ［作用］ 本発明者等はＦ　ｅ　ＣＨｆ　／　Ｎ　ｉ　Ｆ　ｅ合金
多層膜の磁気特性に及ぼす熱処理の影響について検討し
、高温熱処理時に飽和磁束密度が低下する原因が、膜中
へのγ相の析出によるものであることを見出した。また
、このγ相の析出はＦｅ系主磁性暎と中間層との相互拡
散が原因であることを明らかにした。 本発明は膜の飽和磁束密度への影響が小さく、γ相を析
出しにくい材料を中間層に用いた、高飽和磁束密度、高
耐熱性を有する多層磁性膜に関する。 ［実施例］ 以下に本発明の一実施例について、図を参照しながら説
明する。実験の結果、本発明による中間層の効果はＦｅ
Ｃ系、Ｆｅ３系さらにＦｅＮ系合金などの主磁性膜の違
いよる差がほとんど見られないことから、以下の実施例
では主にＦｅＣ系合金多層膜を例に説明する。 〔実施例１〕 磁性簿膜の作製には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なった。 イオンガス　・・・・・・・・・・・・　ＡｒＡｒガス
圧力　・・・・・・・・・・・・　２．５Ｘ１０””Ｐ
ａイオンガン加速電圧　・・・・・・・・・・・・　１
００ＯＶイオンガンイオン電流　・・・・・・・・・・
・　１２０ｍＡターゲット・基板間距離　・・・・・・
・・・・・１２７ｍｒｎ本実施例ではＦｅターゲット上
にＣと耐熱性向上用にＩ−１ｆチップを貼付けたＦ　ｅ
　ＣＨｆ複合ターゲットを主磁性膜用に用い、ＦｅＴａ
合金ターゲットを中間層用に用いて多層膜を形成した。 また比較のためにＮｉＦｅ合金ターゲットを中間層用に
用いた多層膜も形成した。基板にはコーニング社製７０
５９ガラスを用いた。作製した膜の組成は主磁性膜がＦ
ｅ５ｓＣ２Ｉ−Ｉｆ３、中間層膜がＦｅ、。 Ｔ　ａｌ。およびＮ　１８０　Ｆ　ｅｚｏ　（いずれも
ａｔ％）であった。 第１図は１周期の膜厚を５０ｎｍ一定とし、主磁性膜と
中間層の膜厚の割合を変えた多層磁性膜の保磁力の変化
である。試料は各々１０周期積層し、全膜厚はおよそ５
００ｎｍである。膜の保磁力は中間層膜厚がＯｎｍ、す
なわちＦｅＣＨｆ単層膜では約７００Ａ／ｍと高い保磁
力を示すが、中間層膜厚が２ｎｍ以上になると保磁力は
急激に低下し、約５ｎｍで極小値を示したのち、増加の
傾向を示した。断面の透過電子顕微鏡像をｉ察した結果
、中間層膜厚の薄い２ｎｍ以下の多層膜では中間層の効
果が不十分なためにＦ　ｅ　ＣＨｆ膜がエピタキシャル
成長をし、結晶粒の粗大化によって軟磁気特性が劣化し
たことが明らかとなった。 このため１周期の膜厚が５０ｎｍのＦｅＣ系多層膜では
中間層膜厚を約２〜１０ｎｍの範囲にするのが望ましい
。 また、１周期の膜厚が３０ｎｍと１１００ｎのＦｅＣ系
多層膜についても中間層膜厚の効果を検討した結果、同
様に中間層膜厚が約２〜１０ｎｍの範囲で優れた軟磁気
特性を示し、優れた軟磁気特性を示す中間層の範囲は１
周期の膜厚にはあまり影響しないことが明らかとなった
。 第１図には飽和磁束密度の値も示した。飽和磁束密度は
中間層膜厚がＯｎｍのＦ　ｅ　ＣＨｆ単層膜の約２．０
５Ｔから中間層膜厚が厚くなるほど低下し、中間層膜厚
が１０ｎｍでは約１，９５Ｔ（ＦｅＴａ中間層膜）と１
．８５Ｔ　（Ｎｉ　Ｆｅ中間層膜）であった。また、同
図には非磁性の８１０２膜を中間層に用いた多層膜の結
果も示したが、中間層膜厚が１０ｎｍでは約１．４Ｔと
上記多層膜に比へて極めて低く、Ｆｅ系の中間層が高飽
和磁束密度材料を得るためには有利であることが分かる
。 第２図に、膜の熱安定性を調べるために中間層膜厚が１
０ｎｍの上記多層膜について３００〜７００℃の範囲内
で熱処理を行ない、磁化容易軸方向の保磁力と飽和磁束
密度の変化を調べた結果を示す。上記熱処理の条件はア
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。また熱処理は８０ｋＡ／ｍ　（１ｋＯｅ）の直流磁
界中で行なった。 膜の保磁力はいずれの中間層を用いた多層膜においても
６００°Ｃまでは１６０Ａ／ｍ以下の優れた特性を示し
たが、ＮｉＦｅ中間層を用いた多層膜では６５０℃で、
またＦｅＴａ中間層を用いた多層膜では７００℃で保磁
力は急激に増加した。 飽和磁束密度の熱処理による影響も中間層材料によって
異なっていた。ＦｅＴａ中間層からなる多層膜では、７
００℃の熱処理によっても飽和磁束密度はほとんど変化
しないのに対し、ＮｉＦｅ中間層を用いた多層膜では、
６００°Ｃで飽和磁束密度は１．６Ｔに低下し、７００
℃では０．５Ｔまで低下した。 このように熱処理によって飽和磁束密度が変化した原因
を調べるため、Ｘ線回折法により膜の結晶配向性を調べ
た。その結果、Ｆ　ｅ　Ｔ　ａ中間層からなる多層膜で
はα−Ｆｅに起因する（１１０）回折ピークのみ観察さ
れたのに対し、ＮｉＦｅ中間層を用いた多層膜で、飽和
磁束密度が低下した膜ではα−Ｆｅに起因する（１１０
）回折ピーク以外に、γ−Ｆｅに起因する（１１１）回
折ピークも観察され、このγ−Ｆｅの析出が飽和磁束密
度の低下の原因とも考えられた。 第３図に、６００℃で熱処理した各種多層膜について膜
中のγ相の割合と飽和磁束密度の低下量との関係を調べ
た結果を示す。ここで、γ相の割合は、図に示したよう
にＸ線回折パターンにおけるａ−Ｆｅの（１１０）回折
強度をＩ　（α）　、　ｙ−Ｆｅの（１１１）回折強度
をＩ　（ｙ）とし、次式 ％式％（） から求めた。 本実施例の範囲内では、回折ピークはα相とγ相に対応
するものだけで、それ以外はｉｌｌ　１３されなかった
。膜中のγ相の割合と飽和磁束密度の低下量との間には
相関が見られ、γ相の割合が高いほど飽和磁束密度の低
下量が大きい。このことから、熱処理によって飽和磁束
密度が低下することの原因は、膜中へのγ相の析出が原
因であることが明らかとなった。また、このようなγ相
の析出はＦｅＣ系主磁性膜と中間層間での相互拡散が原
因であることもＡＥＳ　（オージェ電子分光法）による
膜深さ方向の分析から分かった。 次に、各種多層膜を作製し、γ相の析出による膜の軟磁
気特性への影響について調べた。 第４図は主磁性膜材料、中間層材料の異なる各種多層膜
を６００℃で熱処理し、膜中に析出するγ相の割合と磁
化容易軸方向の保磁力との関係を調べた結果である。こ
こで、γ相の割合はα相とγ相以外の析出相による主回
折ピーク強度の総和（例えば、生成された各種炭化物に
対応する回折ピーク強度の和）を■（０）とし、上述し
た式の分母にこのＩ（０）を加え、次式 ％式％（０）） から求めた。図中、Ｏ印はＦｅＣ系多層膜、０印はＦｅ
Ｂ系多系膜層膜印はＦｅＮ系多層膜についての結果であ
る。 同図から、ＦｅＣ，ＦｅＢ、ＦｅＮ系いずれの多層膜に
おいても、膜中に析出するγ相の割合が約２０％以下で
あれば１６０Ａ／ｍ以下の優れた軟磁気特性を示し、γ
相の割合が約２０％を超えると保磁力は急激に増加する
傾向を示した。このことから、優れた軟磁気特性の膜を
得るためには膜中に析出するγ相の割合が２０％以下で
ある必要があることが明らかとなった。 第１図で多層膜の軟磁気特性は中間層膜厚の影響を受け
ることが明らかとなったが、中間層の組成によっても変
化することが考えられる。そこで、軟磁気特性におよぼ
す中間層材料組成の影響について調べた。 第１表は主磁性膜にＦｅ９ＳＣ２Ｈｆ−１中間層にＦｅ
−）１ｆ、Ｆｅ−Ｔａ、Ｆｅ−Ｎｉ、Ｆｅ−Ｒｕ合金薄
膜を用いた多層膜を６００　’Ｃで熱処理した後の軟磁
気特性、飽和磁束密度と中間層組成との関係を調べた結
果である。膜厚はそれぞれ４０ｎｍ、１０ｎｍとし、全
膜厚はおよそ５００ｎｍである。 上記第１表の保磁力ＨｅでＯは１００Ａ／ｍ以下、○は
１６０Ａ／ｍ以下、Ｘは１６０Ａ／ｍ以上を示し、また
飽和磁束密度Ｂｓで◎は１．８Ｔ以上、Ｏは１．６Ｔ以
上、Ｘは１．６Ｔ以下を示す。 第１表から、Ｆｅへの添加量が２ａｔ％以下の中間層で
は、保磁力Ｈｃはいずれも１６０Ａ／ｍ以上と高い値を
示すのに対し、添加量が５ａｔ％を超えると優れた軟磁
気特性を示した。断面の透過電子顕微鏡像を観察した結
果、添加量が２ａｔ％以下の中間層を用いた多層膜では
、中間層が不明瞭で、しかもエピタキシャル成長による
結晶粒成長が起こっているのに対し、添加量が５ａｔ％
を超えた中間層を用いた多層膜では、中間層による多層
化の効果が確認出来た。 さらに他の元素についても実験した結果、Ｆｅ−Ｉ（ｆ
、Ｆｅ−Ｔａのように体心立方構造（ｂｅＣ）の元素を
Ｆｅに添加した中間層からなる多層膜はいずれも添加量
が５ａｔ％を超えると優れた軟磁気特性と高い飽和磁束
密度を示した。これに対し、Ｆｅ　　Ｎｉ、Ｆｅ−Ｒｕ
のようにγ相を生成しやすい面心立方構造（ｆｅＣ）や
六方晶構造（ｈｃｐ）の元素をＦｅに添加した中間層か
らなる多層膜では、上述した体心立方構造（ｂ　ｃ　ｃ
）の元素をＦｅに添加した中間層からなる多層膜とは異
なり、添加量が多くなると軟磁気特性や飽和磁束密度が
劣化するため、主磁性膜膜厚をｔよ、中間層（Ｆｅ１−
ｘＭｘ）膜厚をｔ２とし、添加量ｉＭの量をＸとすると
、最大添加量としては次式％式％ のような関係を満たす必要がある。 また、本発明によるＦＣＣ，ＦｅＢ、ＦｅＮ系の多層膜
はＦｅを主成分とするため、ＮｉＦｅ合金やＦｅＡｌＳ
ｉ合金に比べて若干耐食性が劣る傾向がみられるが、耐
食性向上元素としてＲｕ。 Ｒｈ、Ｐｔなどの元素を約０．５〜３ａｔ％添加するこ
とにより、高飽和磁束密度で、熱安定性が高く、シかも
ＦｅＡｌＳｉ合金以上の耐食性を示す多層磁性膜が得ら
れた。 以上の結果、中間層材料としてはγ相を生成しにくい体
心立方構造やＦｅ−ｒｉｃｈの面心立方構造の材料が望
ましく、これ等の中間層を用いることにより、高飽和磁
束密度で、熱安定性の高い多層磁性膜が得られる。 〔実施例２〕 次に、Ｆ　ｅ　ＣＨｆ　／　Ｆ　ｅ　Ｔ　ａ多層磁性膜
を用いたＶＴＲ用磁気ヘット（第５図）を作製し、磁気
ヘッドの記録再生特性を調べた。ＶＴＲ用磁気ヘッドは
特開昭６２−６０１１３の工程を用い゛Ｃ作製した。 本実施例に用いたＦ　ｅ　ＣＨｆ　／　Ｆ　ｅ　Ｔ　ａ
多層磁性膜は主磁性膜１０として膜厚４５ｎｍのＦ　Ｃ
９゜Ｃ２Ｈｆ、膜、中間層１１として膜厚５ｎｍのＦｅ
、。Ｔａ工。膜を用い、１００周期積層し、膜厚は約５
μｍとした。基板にはＭ　ｎ　−Ｚ　ｎフェライトを用
い、充填用のガラスには軟化温度が４５０〜５００℃の
ｐｂ系ガラスを用い、４８０　°Ｃと６３０℃の温度で
ヘッドブロック接合を行った。 本発明の磁気ヘッドの記録再生特性を保磁力１２０ｋＡ
’／ｍ　（１５０００ｅ）のメタルテープを用いて測定
した。この結果を第２表に示す。また、参考のために飽
和磁束密度が約１．９ＴのＦ　ｅ、５Ｃ２Ｔ　ａ　３　
／　Ｎ　１　ｓｏ　Ｆ　ｅ　２０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２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、ガラス接着温度が４８０℃と
低温の場合には、従来の代表的な高飽和磁束密度材料で
あるＦｅＣＴａ／ＮｉＦｅ多層磁性膜を用いた磁気ヘッ
トとほぼ同等であるが、ガラス接着温度が６３０　’Ｃ
でも低温接着時と同様の特性を有し、高温で接着した従
来型ヘットの約４〜５倍の再生出力であった。 第２表 ＊ニガラス接着温度での膜の飽和磁束密度このように従
来のＮｉ　Ｆｅを中間層とする多層膜で再生出力が低下
する原因は、高融点のｐｂ系ガラスを用いたガラスボン
ディングの工程で、膜中にγ相が析出し、膜の飽和磁束
密度が低下するため、このような磁気ヘッドではメタル
テープのような高保磁力媒体に充分な書き込みが出来な
いことと、熱処理によって多層磁性膜の軟磁気特性が劣
化したためである。これに対し、本発明による多層磁性
膜では第２図に示されるように、熱処理による膜の軟磁
気特性、飽和磁束密度の劣化がなく、良好な記録再生特
性が得られた。 ［発明の効果］ 以上説明したごとく、膜の飽和磁束密度への影響が小さ
く、γ相を析出しにくい材料を中間層に用いることによ
り、高飽和磁束密度で、しかも耐熱性の高い多層磁性膜
が得られた。また、本発明の多層磁性膜を磁気回路の少
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出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による多層磁性膜の中間層膜厚による保
磁力および飽和磁束密度の変化を示す測定図、第２図は
本発明による多層磁性膜の熱処理による保磁力および飽
和磁束密度の変化を示す測定図、第３図は膜中に析出す
るγ相の割合と飽和磁束密度の低下量の関係を示す測定
図、第４図は膜中に析出するγ相の割合と保磁力の関係
を示す測定図、第５図は本発明の多層磁性膜を用いたＶ
ＴＲ用磁気ヘッドの構造を示す斜視図と要部部分拡大断
面図である。 符号の説明 １０・・・主磁性膜 １１・・・中間層 ８１・　フェライト ８２・・・多層磁性膜 ８３・・ｐｂ系ガラス ８４・・・巻線窓 ９０・・・ＶＴＲ用磁気ヘット 茎　）　図 主２ｋ　＋１　ｕ？、ｗｌｎ　（ｒ＋　％）輩 図 処友押還度（０） 拓 図 系 図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. １．ＦｅＣ系、ＦｅＢ系あるいはＦｅＮ系合金薄膜から
   なる主磁性膜と、膜厚が２〜１０ｎｍの中間層からなる
   多層膜において、中間層がＦｅ−Ｃｒ，Ｆｅ−Ｈｆ，Ｆ
   ｅ−Ｍｏ，Ｆｅ−Ｎｂ，Ｆｅ−Ｒｅ，Ｆｅ−Ｓｉ，Ｆｅ
   −Ｔａ，Ｆｅ−Ｔｉ，Ｆｅ−Ｖ，Ｆｅ−Ｗ，Ｆｅ−Ｚｒ
   の群より選ばれる少なくとも１種以上の合金からなり、
   Ｆｅへ添加する元素の濃度が５ａｔ％以上であることを
   特徴とする高耐熱性多層磁性膜。
2. ２．ＦｅＣ系、ＦｅＢ系あるいはＦｅＮ系合金薄膜から
   なる主磁性膜と、膜厚が２〜１０ｎｍの中間層からなる
   多層膜において、中間層がＦｅ−Ｃｏ，Ｆｅ−Ｉｒ，Ｆ
   ｅ−Ｍｎ，Ｆｅ−Ｎｉ，Ｆｅ−Ｏｓ，Ｆｅ−Ｐｔ，Ｆｅ
   −Ｒｈ，Ｆｅ−Ｒｕの群より選ばれる少なくとも１種以
   上の合金からなり、主磁性膜膜厚をｔ＿１、中間層膜厚
   をｔ＿２、中間層の組成をＦｅ＿１＿−ｘＭｘとした時
   、添加元素Ｍの濃度は５ａｔ％以上で、最大添加量は、
   ｔ＿２×ｘ／（ｔ＿１＋ｔ＿２）＜０．１ の関係を満たすことを特徴とする高耐熱性多層磁性膜。
3. ３．特許請求の範囲第１項あるいは第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
   する磁気ヘッド。