JPH0466366B2 - - Google Patents
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- JPH0466366B2 JPH0466366B2 JP61234404A JP23440486A JPH0466366B2 JP H0466366 B2 JPH0466366 B2 JP H0466366B2 JP 61234404 A JP61234404 A JP 61234404A JP 23440486 A JP23440486 A JP 23440486A JP H0466366 B2 JPH0466366 B2 JP H0466366B2
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Description
産業上の利用分野
本発明は、一般にはFe−Si−Al合金膜に関す
るものであり、特に皮膜中の内部応力を実質的に
零にし、磁気的特性に優れたFe−Si−Al合金磁
性膜及びその製造方法に関するものである。斯る
本発明に従つたFe−Si−Al合金磁性膜は、高周
波用で且つ高いS/N比の要求される高密度記録
用ヘツド、主としてビデオヘツド、デジタル用ヘ
ツド等に使用される薄膜積層磁気ヘツドの磁性膜
として好適に利用し得る。 従来の技術及び問題点 磁気記録技術の分野における最近の記録密度の
向上は著しく、これに伴なつて例えば電磁変換素
子としての磁気ヘツドに対する狭トラツク化及び
コア材料の飽和磁化の増大化並びに高周波領域に
おける透磁率の改善といつた要求が高まつてい
る。 従来、磁気ヘツドのコア部材は、第5図に示す
ようにフエライト或いはFe−Si−Al合金1をブ
ロツク状に切り出し、ダイシングブレードソー等
でトラツク幅2の規制を行なうための溝3とコイ
ル巻線の溝4とを加工形成したものであつた。し
かしながら、30μm以下の狭トラツクを有した磁
気ヘツドを作製する場合には、トラツク幅規制の
ための溝3の間隔を極めて狭くする必要があり、
そのためにトラツク幅2の精度に問題が生じたり
又はトラツク幅2部分のチツピングによる形状不
良が発生するという問題が生じてきた。 一方、従来のFe−Si−Al合金等の金属磁性薄
膜を用いた金属磁性薄膜ヘツドは、3〜10μmの
該金属磁性膜と約0.5μmの非磁性絶縁膜とを交互
に積層し、所定の膜厚まで多層化した磁性体が利
用されている。 更に説明すれば、斯る金属磁性薄膜ヘツドの製
造においては、トラツク幅は、基板上にスパツタ
リングによつてトラツク幅に相当する膜厚にて前
記多層化磁性体を形成すればよく、トラツク幅を
規制する加工が省略され、従つて上述の如きブロ
ツク状コア材を用いて磁気ヘツドを作製する場合
に生ずる問題は解決される。 しかしながら、本発明者等の研究、実験では、
スパツタされた金属磁性膜は著しく内部応力の大
きい膜となり、かかる金属磁性膜による多層化磁
性体、つまり磁性コア層を用いて金属薄膜積層磁
気ヘツドを作製しても、磁歪の影響を受け磁気特
性が悪くなつた。つまり、該磁歪は軟質磁性材料
であるFe−Si−Al合金磁性体内の内部応力と関
連して磁気異方性エネルギーを増加させ軟磁性体
では保磁力の増大、透磁率の低下等好ましくない
現象を生ぜしめ、従つて、高出力の磁気ヘツドを
得ることはできないということが分かつた。 更に、上述のように金属薄膜積層磁気ヘツド
は、一般にガラス等の非磁性基板上に金属磁性薄
膜をスパツタリングで形成し、絶縁層と交互に積
層した後に接合材を用いて他の非磁性基板を堆積
して狭み込むことにより磁性コアを形成するとい
つた製造方法が採用されている。しかし、本発明
者等の研究では、スパツタリングによる成膜の場
合には、膜の内部応力により、成膜した基板に反
りが生じ、接合面全体で一様な接合が得られ難い
という問題があることが分かつた。 本発明者等は、Fe−Si−Al合金磁性体から成
る軟質磁性膜、更には該Fe−Si−Al合金磁性体
から成る軟質磁性膜と非磁性絶縁膜とを交互に積
層して構成される薄膜積層磁気ヘツドを研究する
過程において、上述のように、Fe−Si−Al合金
磁性体を基板にスパツタして形成された軟磁性膜
内に内部応力が形成され、斯る内部応力が軟磁性
膜に悪影響を及ぼし、結果的には磁気ヘツドの特
性を劣化させていることを見出した。更に、斯る
軟磁性膜中に生じる内部応力について研究した結
果、該内部応力は基板と膜との熱膨張係数の差か
ら生じる熱応力以外に、所謂真性応力が生じてお
り、該真性応力はArによりターゲツトからスパ
ツタされた高エネルギー粒子が堆積中の皮膜に衝
突し(ピーニング)、もぐりこむことにより該皮
膜中に生じる圧縮応力と、Arが該皮膜中に取り
込まれることにより生じる圧縮応力とから成るこ
とが分かつた。 更に又、本発明者等は、上記被膜中の内部応力
を除去する方法について研究実験を行なつたとこ
ろ、ピーニングによる圧縮応力は成膜後の磁性膜
を熱処理温度に昇温する過程で除去することがで
き、又Ar内包による圧縮応力は皮膜つまりFe−
Si−Al合金膜中に内包されるAr量を0.01〜0.3wt
%となるように制御し、且つ基板の熱膨張係数を
該Fe−Si−Al合金膜の熱膨張係数より小とする
ことによりなくすることができることを見出し
た。 又、本発明者等は、上述のように内部応力を実
質的に除去した磁性膜を有効に製造するには、 (1) DCスパツタ装置を使用し、基板にはRFバイ
アスを印加すること、 (2) 基板には該基板上に形成される皮膜の熱膨張
係数より小さな熱膨張係数を有した材料を使用
すること、 (3) スパツタ作業により作製されたAr含有Fe−
Si−Al合金磁性膜を450℃〜800℃にて熱処理
すること、 が重要であることを見出した。 本発明は斯る新規な知見に基づくものである。 発明の目的 従つて、本発明の目的は、上記従来の問題点を
解決しFe−Si−Al合金膜中の内部応力を実質的
に零にし、良好な磁気特性を有した、即ち、保磁
力が小さく、透磁率の大なるFe−Si−Al合金磁
性膜及び斯る磁性膜の製造方法を提供することで
ある。 本発明の他の目的は、前記Fe−Si−Al合金磁
性膜を利用し、良好な磁気特性を有した、即ち、
保磁力が小さく、透磁率の大なる薄膜積層磁気ヘ
ツドを提供することである。 問題点を解決するための手段 上記目的は本発明に係る薄膜積層磁気ヘツドに
て達成される。要約すれば本発明は、基板と、該
基板上に形成されたFe−Si−Al合金膜とを有し
た磁性膜であつて、前記基板の熱膨張係数は前記
Fe−Si−Al合金膜の熱膨張係数より小とされ、
且つ前記Fe−Si−Al合金膜中のAr含有量を0.01
〜0.3wt%の範囲で制御し、前記基板とFe−Si−
Al合金膜との熱膨張係数の違いにより生じたFe
−Si−Al合金膜中の引張応力をAr含有によつて
生じた圧縮応力にて相殺し、前記Fe−Si−Al合
金膜中の内部応力を実質的に零としたことを特徴
とするFe−Si−Al合金磁性膜である。該Fe−Si
−Al合金磁性膜は、非磁性絶縁膜と交互に積層
されて薄膜積層磁気ヘツドの磁性膜として極めて
有効に利用し得る。 本発明の好ましい実施態様によると、基板の熱
膨張係数は100〜135×10-7deg-1であり、Fe−Si
−Al合金膜はFe83wt%以上の飽和磁化の高い範
囲の組成とされ、熱膨張係数は110〜170×
10-7deg-1とされる。このように、基板は、その
熱膨張係数と、Fe−Si−Al合金膜の熱膨張係数
との差が大きくなり過ぎない範囲で選定される。
又、磁性膜の膜厚は1μm〜20μmとされる。 上記要件を満足する基板としては、例えば結晶
化ガラス(例えばHOYA社製のPEG3120C)が
好適である。 又、基板上に形成されるFe−Si−Al合金膜の
組成は、通常のものとし得るが、好ましくは、
Fe83〜94wt%、Si4〜11wt%、Al2〜6wt%とさ
れる。更に説明すれば、フエライトと比較して高
い8000ガウス以上の飽和磁化を有するには、特に
Feは83wt%以上とする必要がある。又、初透磁
率を1000以上とするためには、Feは94wt%以下
とし、Siは4wt%以上、11wt%以下、更にAlは
2wt%以上とするのが好ましい。更に、合金磁性
膜の磁歪をゼロより余り大きくならない範囲とす
るには、特にAlの含有量が6wt%近傍で磁歪が著
しく大きくなるために、Alは6wt%以下とするの
が好適である。このような、好ましい磁気特性を
有したFe−Si−Al合金膜としては、具体的に
は、、例えばFe85wt%、Si9.6wt%、Al5.4wt%;
Fe88wt%、Si7.7wt%、Al4.3wt%;Fe90wt%、
Si7.8wt%、Al2.2wt%等の組成のものが好適であ
る。 又、磁性膜中に内包されるAr量が0.01wt%未
満の場合には熱処理により生じる引張応力を緩和
するには不十分であり、又、Ar量が0.3wt%を越
えた場合には皮膜中に109Pa以上に達する大きな
圧縮応力が発生し、斯る圧縮応力を実質的に零に
することができない。 本発明者等は、上記の如き本発明に係るFe−
Si−Al合金軟磁性膜は、上述のように、 (1) DCスパツタ装置を使用し、基板にはRFバイ
アスを印加すること、 (2) 基板には該基板上に形成される皮膜の熱膨張
係数より小さな熱膨張係数を有した材料を使用
すること、 (3) スパツタ作業により作製されたAr含有軟磁
性膜を450℃〜800℃にて熱処理すること、 が重要であることを見出した。 上述のように、本発明において磁性膜に含有さ
れるAr量は極めて重要である。本発明者等の研
究では、RFスパツタで膜作製を行なうとDCバイ
アス印加を行なつたときには1wt%以上にも達す
る相当量のArが膜中に含有され、又DCバイアス
印加なしの状態にても膜中に0.7〜0.9wt%程度取
込まれてしまい、Ar量を応力制御に有効な範囲
で変化させることができないことが分かつた。
RFスパツタにRFバイアス印加は位相コントロー
ルが困難であり実際的でない。 又、DCスパツタにて膜作製を行なつたときに
は、バイアスを印加しない状態又はDCバイアス
を印加した状態のいずれの場合においても膜中に
取込まれるAr量が0.01wt%以下であり、Ar量を
応力制御に有効な範囲で変化させることができな
い。 本発明の軟磁性膜に要求されるAr量は、DCス
パツタにRFバイアスを印加することによつて始
めて応力制御に有効な範囲で変化させることがで
きる。即ち、本発明者等は、DCグローの電力及
び基板ホルダーへの印加RF電力、更には基板と
ターゲツト間の距離等を調整することによつて
Ar量を制御し、Ar量によつて生じる圧縮性応力
の大きさを制御し得ることを見出した。 又、このように制御されたAr量によつて生じ
る圧縮性応力は、基板と膜との熱膨張の差、即
ち、基板の熱膨張係数を膜のそれより小とするこ
とによつて皮膜中に生じる引張応力とで相殺さ
れ、更に皮膜に生じているピーニング効果による
圧縮応力は、熱処理温度に昇温する過程で除去す
ることができ、結果として本発明に係る軟磁性膜
及び該軟磁性膜を利用して製造された薄膜積層磁
気ヘツドにて内部応力は実質的に零とされる。 次に、第1図及び第2図を参照すると、本発明
に係るFe−Si−Al合金軟磁性膜を利用して製造
し得る薄膜積層磁気ヘツド10及びその製造工程
の一実施例が示される。 第2図を参照すると、例えば結晶化ガラス等の
非磁性の基板11が準備される(第2図A)。該
基板11上に、第3図に関連して後述する構成の
DCのマグネトロンスパツタ装置を使用し、上記
条件にてFe−Si−Al合金薄膜12が膜厚1〜20μ
mにて成膜される。次いで、該合金磁性膜12上
に非磁性絶縁膜13が形成される(第2図B)。
該非磁性絶縁膜13としてはSiO2、Al2O3等が用
いられ、前記磁性膜12を成膜したと同様のRF
マグネトロンスパツタ装置を使用して、膜厚0.03
〜0.5μmにて成膜される。 上記工程を繰返して、磁性膜12と非磁性絶縁
膜13が必要回数積層され、第2図Cに図示する
ような積層膜構造14が形成される。斯る磁性膜
12と非磁性絶縁膜13の膜厚及び積層回数は積
層部の厚さがトラツク幅w(第1図)となるよう
に適宜設定される。 次いで、前記積層膜構造14の上に接合材15
が通常のスパツタリング等で形成され(第2図
D)、他の基板16が積層される。接合材15と
しては接合ガラス(日本電気硝子社製GA−120、
FH−11;コーニング社製1990等)が使用され、
特にB2O3−SiO2−Al2O3系の接合ガラスが最適
であり、基板16は前記基板11と同様の材料に
て作製される。 このようにして作製された積層構造体17は、
第2図Fに図示されるように、積層した厚さ方向
に切断し、一対のコア半体ブロツク18,19が
形成される。このとき、図示されるようにアジマ
ス角θにて切断するのが好ましい。次いで、少な
くとも片方のコア半体、本実施例ではコア半体1
8に巻線溝20(第1図)を形成した後、両コア
半体ブロツク18,19の突き合せ面18a,1
9aを研摩し、該面にSiO2等の非磁性のギヤツ
プスペーサー21をスパツタ等の手段にて形成し
(第2図F)、第1図に図示されるように両コア半
体ブロツク18,19は前記接合面18a,19
a部にて接着される。 最後に、テープ摺動面を形成するべくR研摩加
工及び他の成形加工並びに巻線加工が行なわれ、
薄膜積層磁気ヘツド10が得られる。 次に、本発明を実施例について説明する。 実施例 1 第3図に本実施例に使用したDCマグネトロン
スパツタ(RFバイアス印加)装置(日電アネル
バ社製SPF−210型)の概略を示す。DCスパツタ
装置30は高圧直流電源31に接続された陰極3
2と、RFバイアス電源33に接続され電気的に
絶縁された基板ホルダー34とを具備し、前記陰
極32にはターゲツト35が配置され、ホルダー
34には基板11が配置された。又、装置は一方
の口36から真空ポンプ(図示せず)にて真空引
され、又他方の口37からArガスが導入された。 ターゲツト35としてはSi10.5wt%、Al5.5wt
%、残部Feから成るホツトプレスされた直径4
インチ、厚さ4mmのものを使用した。 基板11は、熱膨張係数が120×10-7deg-1の結
晶化ガラス(HOYA社製PEG3120C)であり、
直径が2インチのものを表面粗さ150Åにポリツ
シユして使用した。 ターゲツト35と基板11との距離は45mmとさ
れ、Ar圧力は4×10-3Torr、投入電力は500Wと
した。又、基板温度は60℃であり、成膜速度は
0.4μm/minであつた。 上記条件にてRF電力をホルダーに同装置のRF
電源用発振管プレート電圧で0〜0.6kvの範囲で
変動して印加し、基板11上にFe−Si−Al合金
膜を膜厚4μmにて成膜した。該成膜された軟磁
性膜は、その後650℃で1hr.熱処理した。 このようにして作製されたFe−Si−Al合金膜
の熱膨張係数は110〜170×10-7deg-1であり、又、
該軟磁性膜の内部応力、Ar含有量、RF電力との
関係は第4図に示される通りであつた。 第4図から、Ar含有量と圧縮応力との間には
明瞭な比例関係があり、Ar含有量は印加したRF
電源の発振管プレート電圧に比例することにより
内部応力を引張応力から圧縮応力にまで変化せし
め得ることが分かる。本実施例では、該プレート
電圧が0.35kvのとき、成膜中の内部応力は±1×
108Pa以内となり、磁気特性として保磁力
0.16Oe、1MHzでの実効比初透磁率2000が得られ
た。 実施例 2 実施例1で使用したDCマグネトロンスパツタ
(RFバイアス印加)装置(日電アネルバ社製SPF
−210型)、基板11及びターゲツト35を使用
し、同じスパツタ条件にて該基板11上にFe−
Si−Al合金膜12を膜厚4.7μmにて成膜した。 このようにして作製されたFe−Si−Al合金膜
の熱膨張係数は110〜170×10-7deg-1であり、又、
上述したように、該軟磁性膜の内部応力、Ar含
有量、RF電力との関係は第4図に示される通り
であつた。本実施例において、RF電源の発振管
プレート電圧が0.35kvのとき、成膜中の内部応力
は±1×108Pa以内であつた。 続いて、このFe−Si−Al合金膜12の上に絶
縁膜13を形成した。絶縁膜の作製は、Fe−Si
−Al合金膜作製に使用した前記マグネトロンス
パツタ装置にRF電源を接続したものを用い、タ
ーゲツトとして直径4インチ、厚さ5mmのSiO2
を使用した。ターゲツトと磁性膜形成済の基板と
の距離は45mmとした。Ar圧力は4×10-3Torr、
投入電力は300Wとした。又基板の温度は60℃で
あり、成膜速度は0.1μm/minであつた。斯る条
件にて基板の磁性膜上にSiO2膜が膜厚0.3μmにて
形成された。 次いで、上記方法にて前記絶縁膜上に磁性膜1
2及び絶縁膜13の順に4回繰り返し、積層膜構
造14を得た。該積層膜構造14の全膜厚は20μ
mであつた。該積層膜構造14の上に接合材1
5、本実施例では日本電気硝子社製FH−11を通
常のスパツタリング等で形成し、前記基板11と
同じ材料で形成された他の基板16を積層して積
層構造体17を作製した。該積層構造体17、つ
まり積層膜構造14の磁性膜12は、その後650
℃で1hr熱処理した。 このようにして作製されたFe−Si−Al合金/
SiO2積層軟磁性膜の内部応力は±1×108Pa以内
であり、本研究者等の多くの研究実験によると、
このようにして成膜された積層軟磁性膜は全膜厚
が3〜40μmの範囲では±1×108Pa以内であつ
た。 磁気特性は、保磁力0.18Oe、1MHzでの比初透
磁率2000が得られた。この積層構造体17を第2
図Fに示した工程により加工して、第1図に図示
する如き形状の、トラツク巾が膜厚方向とされる
VTR用磁気ヘツドとし、電磁変換特性評価を行
なつた。ヘツドの諸元は表1に、測定条件は表2
に、各周波数での最大再生出力は表3に示す。
るものであり、特に皮膜中の内部応力を実質的に
零にし、磁気的特性に優れたFe−Si−Al合金磁
性膜及びその製造方法に関するものである。斯る
本発明に従つたFe−Si−Al合金磁性膜は、高周
波用で且つ高いS/N比の要求される高密度記録
用ヘツド、主としてビデオヘツド、デジタル用ヘ
ツド等に使用される薄膜積層磁気ヘツドの磁性膜
として好適に利用し得る。 従来の技術及び問題点 磁気記録技術の分野における最近の記録密度の
向上は著しく、これに伴なつて例えば電磁変換素
子としての磁気ヘツドに対する狭トラツク化及び
コア材料の飽和磁化の増大化並びに高周波領域に
おける透磁率の改善といつた要求が高まつてい
る。 従来、磁気ヘツドのコア部材は、第5図に示す
ようにフエライト或いはFe−Si−Al合金1をブ
ロツク状に切り出し、ダイシングブレードソー等
でトラツク幅2の規制を行なうための溝3とコイ
ル巻線の溝4とを加工形成したものであつた。し
かしながら、30μm以下の狭トラツクを有した磁
気ヘツドを作製する場合には、トラツク幅規制の
ための溝3の間隔を極めて狭くする必要があり、
そのためにトラツク幅2の精度に問題が生じたり
又はトラツク幅2部分のチツピングによる形状不
良が発生するという問題が生じてきた。 一方、従来のFe−Si−Al合金等の金属磁性薄
膜を用いた金属磁性薄膜ヘツドは、3〜10μmの
該金属磁性膜と約0.5μmの非磁性絶縁膜とを交互
に積層し、所定の膜厚まで多層化した磁性体が利
用されている。 更に説明すれば、斯る金属磁性薄膜ヘツドの製
造においては、トラツク幅は、基板上にスパツタ
リングによつてトラツク幅に相当する膜厚にて前
記多層化磁性体を形成すればよく、トラツク幅を
規制する加工が省略され、従つて上述の如きブロ
ツク状コア材を用いて磁気ヘツドを作製する場合
に生ずる問題は解決される。 しかしながら、本発明者等の研究、実験では、
スパツタされた金属磁性膜は著しく内部応力の大
きい膜となり、かかる金属磁性膜による多層化磁
性体、つまり磁性コア層を用いて金属薄膜積層磁
気ヘツドを作製しても、磁歪の影響を受け磁気特
性が悪くなつた。つまり、該磁歪は軟質磁性材料
であるFe−Si−Al合金磁性体内の内部応力と関
連して磁気異方性エネルギーを増加させ軟磁性体
では保磁力の増大、透磁率の低下等好ましくない
現象を生ぜしめ、従つて、高出力の磁気ヘツドを
得ることはできないということが分かつた。 更に、上述のように金属薄膜積層磁気ヘツド
は、一般にガラス等の非磁性基板上に金属磁性薄
膜をスパツタリングで形成し、絶縁層と交互に積
層した後に接合材を用いて他の非磁性基板を堆積
して狭み込むことにより磁性コアを形成するとい
つた製造方法が採用されている。しかし、本発明
者等の研究では、スパツタリングによる成膜の場
合には、膜の内部応力により、成膜した基板に反
りが生じ、接合面全体で一様な接合が得られ難い
という問題があることが分かつた。 本発明者等は、Fe−Si−Al合金磁性体から成
る軟質磁性膜、更には該Fe−Si−Al合金磁性体
から成る軟質磁性膜と非磁性絶縁膜とを交互に積
層して構成される薄膜積層磁気ヘツドを研究する
過程において、上述のように、Fe−Si−Al合金
磁性体を基板にスパツタして形成された軟磁性膜
内に内部応力が形成され、斯る内部応力が軟磁性
膜に悪影響を及ぼし、結果的には磁気ヘツドの特
性を劣化させていることを見出した。更に、斯る
軟磁性膜中に生じる内部応力について研究した結
果、該内部応力は基板と膜との熱膨張係数の差か
ら生じる熱応力以外に、所謂真性応力が生じてお
り、該真性応力はArによりターゲツトからスパ
ツタされた高エネルギー粒子が堆積中の皮膜に衝
突し(ピーニング)、もぐりこむことにより該皮
膜中に生じる圧縮応力と、Arが該皮膜中に取り
込まれることにより生じる圧縮応力とから成るこ
とが分かつた。 更に又、本発明者等は、上記被膜中の内部応力
を除去する方法について研究実験を行なつたとこ
ろ、ピーニングによる圧縮応力は成膜後の磁性膜
を熱処理温度に昇温する過程で除去することがで
き、又Ar内包による圧縮応力は皮膜つまりFe−
Si−Al合金膜中に内包されるAr量を0.01〜0.3wt
%となるように制御し、且つ基板の熱膨張係数を
該Fe−Si−Al合金膜の熱膨張係数より小とする
ことによりなくすることができることを見出し
た。 又、本発明者等は、上述のように内部応力を実
質的に除去した磁性膜を有効に製造するには、 (1) DCスパツタ装置を使用し、基板にはRFバイ
アスを印加すること、 (2) 基板には該基板上に形成される皮膜の熱膨張
係数より小さな熱膨張係数を有した材料を使用
すること、 (3) スパツタ作業により作製されたAr含有Fe−
Si−Al合金磁性膜を450℃〜800℃にて熱処理
すること、 が重要であることを見出した。 本発明は斯る新規な知見に基づくものである。 発明の目的 従つて、本発明の目的は、上記従来の問題点を
解決しFe−Si−Al合金膜中の内部応力を実質的
に零にし、良好な磁気特性を有した、即ち、保磁
力が小さく、透磁率の大なるFe−Si−Al合金磁
性膜及び斯る磁性膜の製造方法を提供することで
ある。 本発明の他の目的は、前記Fe−Si−Al合金磁
性膜を利用し、良好な磁気特性を有した、即ち、
保磁力が小さく、透磁率の大なる薄膜積層磁気ヘ
ツドを提供することである。 問題点を解決するための手段 上記目的は本発明に係る薄膜積層磁気ヘツドに
て達成される。要約すれば本発明は、基板と、該
基板上に形成されたFe−Si−Al合金膜とを有し
た磁性膜であつて、前記基板の熱膨張係数は前記
Fe−Si−Al合金膜の熱膨張係数より小とされ、
且つ前記Fe−Si−Al合金膜中のAr含有量を0.01
〜0.3wt%の範囲で制御し、前記基板とFe−Si−
Al合金膜との熱膨張係数の違いにより生じたFe
−Si−Al合金膜中の引張応力をAr含有によつて
生じた圧縮応力にて相殺し、前記Fe−Si−Al合
金膜中の内部応力を実質的に零としたことを特徴
とするFe−Si−Al合金磁性膜である。該Fe−Si
−Al合金磁性膜は、非磁性絶縁膜と交互に積層
されて薄膜積層磁気ヘツドの磁性膜として極めて
有効に利用し得る。 本発明の好ましい実施態様によると、基板の熱
膨張係数は100〜135×10-7deg-1であり、Fe−Si
−Al合金膜はFe83wt%以上の飽和磁化の高い範
囲の組成とされ、熱膨張係数は110〜170×
10-7deg-1とされる。このように、基板は、その
熱膨張係数と、Fe−Si−Al合金膜の熱膨張係数
との差が大きくなり過ぎない範囲で選定される。
又、磁性膜の膜厚は1μm〜20μmとされる。 上記要件を満足する基板としては、例えば結晶
化ガラス(例えばHOYA社製のPEG3120C)が
好適である。 又、基板上に形成されるFe−Si−Al合金膜の
組成は、通常のものとし得るが、好ましくは、
Fe83〜94wt%、Si4〜11wt%、Al2〜6wt%とさ
れる。更に説明すれば、フエライトと比較して高
い8000ガウス以上の飽和磁化を有するには、特に
Feは83wt%以上とする必要がある。又、初透磁
率を1000以上とするためには、Feは94wt%以下
とし、Siは4wt%以上、11wt%以下、更にAlは
2wt%以上とするのが好ましい。更に、合金磁性
膜の磁歪をゼロより余り大きくならない範囲とす
るには、特にAlの含有量が6wt%近傍で磁歪が著
しく大きくなるために、Alは6wt%以下とするの
が好適である。このような、好ましい磁気特性を
有したFe−Si−Al合金膜としては、具体的に
は、、例えばFe85wt%、Si9.6wt%、Al5.4wt%;
Fe88wt%、Si7.7wt%、Al4.3wt%;Fe90wt%、
Si7.8wt%、Al2.2wt%等の組成のものが好適であ
る。 又、磁性膜中に内包されるAr量が0.01wt%未
満の場合には熱処理により生じる引張応力を緩和
するには不十分であり、又、Ar量が0.3wt%を越
えた場合には皮膜中に109Pa以上に達する大きな
圧縮応力が発生し、斯る圧縮応力を実質的に零に
することができない。 本発明者等は、上記の如き本発明に係るFe−
Si−Al合金軟磁性膜は、上述のように、 (1) DCスパツタ装置を使用し、基板にはRFバイ
アスを印加すること、 (2) 基板には該基板上に形成される皮膜の熱膨張
係数より小さな熱膨張係数を有した材料を使用
すること、 (3) スパツタ作業により作製されたAr含有軟磁
性膜を450℃〜800℃にて熱処理すること、 が重要であることを見出した。 上述のように、本発明において磁性膜に含有さ
れるAr量は極めて重要である。本発明者等の研
究では、RFスパツタで膜作製を行なうとDCバイ
アス印加を行なつたときには1wt%以上にも達す
る相当量のArが膜中に含有され、又DCバイアス
印加なしの状態にても膜中に0.7〜0.9wt%程度取
込まれてしまい、Ar量を応力制御に有効な範囲
で変化させることができないことが分かつた。
RFスパツタにRFバイアス印加は位相コントロー
ルが困難であり実際的でない。 又、DCスパツタにて膜作製を行なつたときに
は、バイアスを印加しない状態又はDCバイアス
を印加した状態のいずれの場合においても膜中に
取込まれるAr量が0.01wt%以下であり、Ar量を
応力制御に有効な範囲で変化させることができな
い。 本発明の軟磁性膜に要求されるAr量は、DCス
パツタにRFバイアスを印加することによつて始
めて応力制御に有効な範囲で変化させることがで
きる。即ち、本発明者等は、DCグローの電力及
び基板ホルダーへの印加RF電力、更には基板と
ターゲツト間の距離等を調整することによつて
Ar量を制御し、Ar量によつて生じる圧縮性応力
の大きさを制御し得ることを見出した。 又、このように制御されたAr量によつて生じ
る圧縮性応力は、基板と膜との熱膨張の差、即
ち、基板の熱膨張係数を膜のそれより小とするこ
とによつて皮膜中に生じる引張応力とで相殺さ
れ、更に皮膜に生じているピーニング効果による
圧縮応力は、熱処理温度に昇温する過程で除去す
ることができ、結果として本発明に係る軟磁性膜
及び該軟磁性膜を利用して製造された薄膜積層磁
気ヘツドにて内部応力は実質的に零とされる。 次に、第1図及び第2図を参照すると、本発明
に係るFe−Si−Al合金軟磁性膜を利用して製造
し得る薄膜積層磁気ヘツド10及びその製造工程
の一実施例が示される。 第2図を参照すると、例えば結晶化ガラス等の
非磁性の基板11が準備される(第2図A)。該
基板11上に、第3図に関連して後述する構成の
DCのマグネトロンスパツタ装置を使用し、上記
条件にてFe−Si−Al合金薄膜12が膜厚1〜20μ
mにて成膜される。次いで、該合金磁性膜12上
に非磁性絶縁膜13が形成される(第2図B)。
該非磁性絶縁膜13としてはSiO2、Al2O3等が用
いられ、前記磁性膜12を成膜したと同様のRF
マグネトロンスパツタ装置を使用して、膜厚0.03
〜0.5μmにて成膜される。 上記工程を繰返して、磁性膜12と非磁性絶縁
膜13が必要回数積層され、第2図Cに図示する
ような積層膜構造14が形成される。斯る磁性膜
12と非磁性絶縁膜13の膜厚及び積層回数は積
層部の厚さがトラツク幅w(第1図)となるよう
に適宜設定される。 次いで、前記積層膜構造14の上に接合材15
が通常のスパツタリング等で形成され(第2図
D)、他の基板16が積層される。接合材15と
しては接合ガラス(日本電気硝子社製GA−120、
FH−11;コーニング社製1990等)が使用され、
特にB2O3−SiO2−Al2O3系の接合ガラスが最適
であり、基板16は前記基板11と同様の材料に
て作製される。 このようにして作製された積層構造体17は、
第2図Fに図示されるように、積層した厚さ方向
に切断し、一対のコア半体ブロツク18,19が
形成される。このとき、図示されるようにアジマ
ス角θにて切断するのが好ましい。次いで、少な
くとも片方のコア半体、本実施例ではコア半体1
8に巻線溝20(第1図)を形成した後、両コア
半体ブロツク18,19の突き合せ面18a,1
9aを研摩し、該面にSiO2等の非磁性のギヤツ
プスペーサー21をスパツタ等の手段にて形成し
(第2図F)、第1図に図示されるように両コア半
体ブロツク18,19は前記接合面18a,19
a部にて接着される。 最後に、テープ摺動面を形成するべくR研摩加
工及び他の成形加工並びに巻線加工が行なわれ、
薄膜積層磁気ヘツド10が得られる。 次に、本発明を実施例について説明する。 実施例 1 第3図に本実施例に使用したDCマグネトロン
スパツタ(RFバイアス印加)装置(日電アネル
バ社製SPF−210型)の概略を示す。DCスパツタ
装置30は高圧直流電源31に接続された陰極3
2と、RFバイアス電源33に接続され電気的に
絶縁された基板ホルダー34とを具備し、前記陰
極32にはターゲツト35が配置され、ホルダー
34には基板11が配置された。又、装置は一方
の口36から真空ポンプ(図示せず)にて真空引
され、又他方の口37からArガスが導入された。 ターゲツト35としてはSi10.5wt%、Al5.5wt
%、残部Feから成るホツトプレスされた直径4
インチ、厚さ4mmのものを使用した。 基板11は、熱膨張係数が120×10-7deg-1の結
晶化ガラス(HOYA社製PEG3120C)であり、
直径が2インチのものを表面粗さ150Åにポリツ
シユして使用した。 ターゲツト35と基板11との距離は45mmとさ
れ、Ar圧力は4×10-3Torr、投入電力は500Wと
した。又、基板温度は60℃であり、成膜速度は
0.4μm/minであつた。 上記条件にてRF電力をホルダーに同装置のRF
電源用発振管プレート電圧で0〜0.6kvの範囲で
変動して印加し、基板11上にFe−Si−Al合金
膜を膜厚4μmにて成膜した。該成膜された軟磁
性膜は、その後650℃で1hr.熱処理した。 このようにして作製されたFe−Si−Al合金膜
の熱膨張係数は110〜170×10-7deg-1であり、又、
該軟磁性膜の内部応力、Ar含有量、RF電力との
関係は第4図に示される通りであつた。 第4図から、Ar含有量と圧縮応力との間には
明瞭な比例関係があり、Ar含有量は印加したRF
電源の発振管プレート電圧に比例することにより
内部応力を引張応力から圧縮応力にまで変化せし
め得ることが分かる。本実施例では、該プレート
電圧が0.35kvのとき、成膜中の内部応力は±1×
108Pa以内となり、磁気特性として保磁力
0.16Oe、1MHzでの実効比初透磁率2000が得られ
た。 実施例 2 実施例1で使用したDCマグネトロンスパツタ
(RFバイアス印加)装置(日電アネルバ社製SPF
−210型)、基板11及びターゲツト35を使用
し、同じスパツタ条件にて該基板11上にFe−
Si−Al合金膜12を膜厚4.7μmにて成膜した。 このようにして作製されたFe−Si−Al合金膜
の熱膨張係数は110〜170×10-7deg-1であり、又、
上述したように、該軟磁性膜の内部応力、Ar含
有量、RF電力との関係は第4図に示される通り
であつた。本実施例において、RF電源の発振管
プレート電圧が0.35kvのとき、成膜中の内部応力
は±1×108Pa以内であつた。 続いて、このFe−Si−Al合金膜12の上に絶
縁膜13を形成した。絶縁膜の作製は、Fe−Si
−Al合金膜作製に使用した前記マグネトロンス
パツタ装置にRF電源を接続したものを用い、タ
ーゲツトとして直径4インチ、厚さ5mmのSiO2
を使用した。ターゲツトと磁性膜形成済の基板と
の距離は45mmとした。Ar圧力は4×10-3Torr、
投入電力は300Wとした。又基板の温度は60℃で
あり、成膜速度は0.1μm/minであつた。斯る条
件にて基板の磁性膜上にSiO2膜が膜厚0.3μmにて
形成された。 次いで、上記方法にて前記絶縁膜上に磁性膜1
2及び絶縁膜13の順に4回繰り返し、積層膜構
造14を得た。該積層膜構造14の全膜厚は20μ
mであつた。該積層膜構造14の上に接合材1
5、本実施例では日本電気硝子社製FH−11を通
常のスパツタリング等で形成し、前記基板11と
同じ材料で形成された他の基板16を積層して積
層構造体17を作製した。該積層構造体17、つ
まり積層膜構造14の磁性膜12は、その後650
℃で1hr熱処理した。 このようにして作製されたFe−Si−Al合金/
SiO2積層軟磁性膜の内部応力は±1×108Pa以内
であり、本研究者等の多くの研究実験によると、
このようにして成膜された積層軟磁性膜は全膜厚
が3〜40μmの範囲では±1×108Pa以内であつ
た。 磁気特性は、保磁力0.18Oe、1MHzでの比初透
磁率2000が得られた。この積層構造体17を第2
図Fに示した工程により加工して、第1図に図示
する如き形状の、トラツク巾が膜厚方向とされる
VTR用磁気ヘツドとし、電磁変換特性評価を行
なつた。ヘツドの諸元は表1に、測定条件は表2
に、各周波数での最大再生出力は表3に示す。
【表】
【表】
【表】
表3より、5MHzでの規格化出力で比較すると
本発明に従つて製造されたFe−Si−Al合金薄膜
積層磁気ヘツドの最大再生出力値は、VHS型ビ
デオテープレコーダーに用いられる従来の単結晶
Mn−Znフエライトヘツドの値の約3倍に相当
し、本発明に従つた磁気ヘツドによると極めて大
きな再生出力が得られることが理解される。 尚、本発明においてArをいれる方法としては、
上記実施例に限定されず、スパツタ膜に直接Ar
をイオン注入したり、真空蒸着法とイオン注入法
の組合せによる方法等も適用可能である。 又、本発明に係るFe−Si−Al合金薄膜は磁気
ヘツドに限定されず、例えば薄膜インダクター、
磁気シールド用皮膜等にも有効に利用することが
でき、又、本発明に係るFe−Si−Al合金薄膜を
有効に利用して構成される磁気ヘツドの構造につ
いても、本実施例ではVTR用ヘツドとしたが、
何らこれに限定されるものではなく、例えばコン
ピユータ用の磁気デイスク装置用ヘツド等にも適
用可能である。 発明の効果 以上説明したように、本発明に係るFe−Si−
Al合金薄膜は、金属磁性膜の内部応力を実質的
に零とし、これにともなつて初透磁率が大幅に向
上するものであつて、従来技術よりも再生出力が
大幅に増大した高性能の薄膜積層磁気ヘツド及び
その他の磁気デバイスの磁性膜として極めて有効
に利用し得る。又、本発明に係る製造法による
と、斯るFe−Si−Al合金薄膜、延いては薄膜積
層磁気ヘツドが極めて好適に製造される。
本発明に従つて製造されたFe−Si−Al合金薄膜
積層磁気ヘツドの最大再生出力値は、VHS型ビ
デオテープレコーダーに用いられる従来の単結晶
Mn−Znフエライトヘツドの値の約3倍に相当
し、本発明に従つた磁気ヘツドによると極めて大
きな再生出力が得られることが理解される。 尚、本発明においてArをいれる方法としては、
上記実施例に限定されず、スパツタ膜に直接Ar
をイオン注入したり、真空蒸着法とイオン注入法
の組合せによる方法等も適用可能である。 又、本発明に係るFe−Si−Al合金薄膜は磁気
ヘツドに限定されず、例えば薄膜インダクター、
磁気シールド用皮膜等にも有効に利用することが
でき、又、本発明に係るFe−Si−Al合金薄膜を
有効に利用して構成される磁気ヘツドの構造につ
いても、本実施例ではVTR用ヘツドとしたが、
何らこれに限定されるものではなく、例えばコン
ピユータ用の磁気デイスク装置用ヘツド等にも適
用可能である。 発明の効果 以上説明したように、本発明に係るFe−Si−
Al合金薄膜は、金属磁性膜の内部応力を実質的
に零とし、これにともなつて初透磁率が大幅に向
上するものであつて、従来技術よりも再生出力が
大幅に増大した高性能の薄膜積層磁気ヘツド及び
その他の磁気デバイスの磁性膜として極めて有効
に利用し得る。又、本発明に係る製造法による
と、斯るFe−Si−Al合金薄膜、延いては薄膜積
層磁気ヘツドが極めて好適に製造される。
第1図は、本発明に係るFe−Si−Al合金薄膜
を利用した薄膜積層磁気ヘツドの一実施例を示す
斜視図である。第2図A,B,C,D,E,Fは
本発明に係るFe−Si−Al合金薄膜を利用した薄
膜積層磁気ヘツドの製造方法の一実施例を示す製
造工程図である。第3図は、本発明に係るFe−
Si−Al合金薄膜及び薄膜積層磁気ヘツドの製造
に使用されるDCマグネトロンスパツタ装置の一
実施例を示す概略断面図である。第4図は、本発
明に係るFe−Si−Al合金軟磁性膜の一実施例の
内部応力、Ar含有量、RFバイアスの関係を示す
図である。第5図は、従来の磁気ヘツドを製造す
るためのコア部材の斜視図である。 10:薄膜積層磁気ヘツド、11,16:基
板、12:磁性膜、13:絶縁膜、14:薄膜構
造、15:接合材、31:高圧電源、32:陰
極、33:RF電源、34:陽極。
を利用した薄膜積層磁気ヘツドの一実施例を示す
斜視図である。第2図A,B,C,D,E,Fは
本発明に係るFe−Si−Al合金薄膜を利用した薄
膜積層磁気ヘツドの製造方法の一実施例を示す製
造工程図である。第3図は、本発明に係るFe−
Si−Al合金薄膜及び薄膜積層磁気ヘツドの製造
に使用されるDCマグネトロンスパツタ装置の一
実施例を示す概略断面図である。第4図は、本発
明に係るFe−Si−Al合金軟磁性膜の一実施例の
内部応力、Ar含有量、RFバイアスの関係を示す
図である。第5図は、従来の磁気ヘツドを製造す
るためのコア部材の斜視図である。 10:薄膜積層磁気ヘツド、11,16:基
板、12:磁性膜、13:絶縁膜、14:薄膜構
造、15:接合材、31:高圧電源、32:陰
極、33:RF電源、34:陽極。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 基板と、該基板上に形成されたFe−Si−Al
合金膜とを有した磁性膜であつて、前記基板の熱
膨張係数は前記Fe−Si−Al合金膜の熱膨張係数
より小とされ、且つ前記Fe−Si−Al合金膜中の
Ar含有量を0.01〜0.3wt%の範囲で制御し、前記
基板とFe−Si−Al合金膜との熱膨張係数の違い
により生じたFe−Si−Al合金膜中の引張応力を
Ar含有によつて生じた圧縮応力にて相殺し、前
記Fe−Si−Al合金膜中の内部応力を実質的に零
としたことを特徴とするFe−Si−Al合金磁性膜。 2 基板の熱膨張係数は100〜135×10-7deg-1で
あり、Fe−Si−Al合金膜はFe83wt%以上の飽和
磁化の高い範囲の組成とされ、熱膨張係数は110
〜170×0-7deg-1とされる特許請求の範囲第1項
記載のFe−Si−Al合金磁性膜。 3 基板は結晶化ガラスであり、Fe−Si−Al合
金膜はFe83〜94wt%、Si4〜11wt%、Al2〜6wt
%の組成である特許請求の範囲第1項又は第2項
記載のFe−Si−Al合金磁性膜。 4 DCスパツタ装置を使用し、基板にはRFバイ
アスを印加し、そして該基板上に、該基板の熱膨
張係数より大きな熱膨張係数を有し且つ膜中の
Ar含有量を0.01〜0.3wt%の範囲で制御して、前
記基板と膜との熱膨張係数の違いにより生じた膜
中の引張応力をAr含有によつて生じた圧縮応力
にて相殺し、膜中の内部応力を実質的に零とした
Fe−Si−Al合金膜を形成したことを特徴とする
Fe−Si−Al合金磁性膜の製造方法。 5 基板の熱膨張係数は100〜135×10-7deg-1で
あり、Fe−Si−Al合金膜はFe83wt%以上の飽和
磁化の高い範囲の組成とされ、熱膨張係数は110
〜170×10-7deg-1とされる特許請求の範囲第4項
記載のFe−Si−Al合金磁性膜の製造方法。 6 基板は結晶化ガラスであり、Fe−Si−Al合
金膜はFe83〜94wt%、Si4〜11wt%、Al2〜6wt
%の組成である特許請求の範囲第4項又は第5項
記載のFe−Si−Al合金磁性膜の製造方法。 7 2つの基板間にFe−Si−Al合金膜と非磁性
絶縁膜とが交互に積層されて成る薄膜積層磁気ヘ
ツドにおいて、前記基板の熱膨張係数は前記Fe
−Si−Al合金膜の熱膨張係数より小とされ、且
つ前記Fe−Si−Al合金膜中のAr含有量を0.01〜
0.3wt%の範囲で制御して、前記基板と膜との熱
膨張係数の違いにより生じた膜中の引張応力を
Ar含有によつて生じた圧縮応力にて相殺し、膜
中の内部応力を実質的に零としたことを特徴とす
る薄膜積層磁気ヘツド。 8 基板の熱膨張係数は100〜135×10-7deg-1で
あり、Fe−Si−Al合金膜はFe83wt%以上の飽和
磁化の高い範囲の組成とされ、熱膨張係数は110
〜170×10-7deg-1とされる特許請求の範囲第7項
記載の薄膜積層磁気ヘツド。 9 基板は結晶化ガラスであり、Fe−Si−Al合
金膜はFe83〜94wt%、Si4〜11wt%、Al2〜6wt
%の組成である特許請求の範囲第7項又は第8項
記載の薄膜積層磁気ヘツド。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60-223415 | 1985-10-07 | ||
| JP22341585 | 1985-10-07 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62188206A JPS62188206A (ja) | 1987-08-17 |
| JPH0466366B2 true JPH0466366B2 (ja) | 1992-10-23 |
Family
ID=16797784
Family Applications (1)
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