JPH046809A - Ｆｅ基軟磁性薄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〕 本発明は磁気ディスク装置、ＶＴＲなどに用いる磁気ヘ
ッドのコア材料にかかわり、特に高飽和磁束密度、高透
磁率、低磁歪定数、耐熱性、耐食性を有する磁性膜とそ
れを用いた磁気ヘッドに関するものである。

〔従来の技術〕

近年、磁気記録技術の進歩は著しく、家庭用ＶＴＲの分
野では小型、軽量化のために、また磁気ディスク装置の
分野では大容量化のために、記録密度の高密度化が進め
られている。

特に、磁気ディスク装置を考えてみた場合、記録の高密
度化を実現するためには、磁気ヘッドは高周波領域で使
用されるため、コアのインダクタンス低減が必要であり
、また、狭トラツク化が必要である。しかしながら、従
来の第１θ図に示すようなモノリシック型の磁気ヘッド
では、インダクタンスの低減が困難であり、１０μ謡前
後の狭トラック化も加工性を考えると非常に難しい。

これらの欠点を補うものとして、磁気コアとセラミック
スのスライダーを組み合わせて構成されるコンポジット
型のヘッドが開発されてきた。さらに、現在では、高保
磁力の媒体に記録可能な強い記録磁界を発生させるため
に、コアのギャップ近傍に高飽和磁束密度を有する磁性
膜を付着させたメタル−イン−ギャップ型のコンポジッ
トヘッドも実用化されている。第６図は、メタルインギ
ャンブ型コンポジットヘッドの磁気コアの一例を示す外
観斜視図であり、第７図はその記録媒体対向面を示す拡
大平面図である。磁気コア半体１゜２はガラスＡにより
ボンディングされ磁気回路を構成する。この磁気コアを
第８図に示すようなＣａＴｉ０ｉのスライダーにガラス
Ｂで固定し、磁気ヘッドを構成する。

磁気ヘッドの信頼性において、ガラスの耐食性、耐水性
は極めて重要な点であるが、高い信頼性を維持するため
には、できるだけ高融点のガラスを使用する必要がある
。ボンディング温度としては少なくとも５５０℃程度が
必要である。

コンポジット型のヘッドを作製する場合、磁気コアのガ
ラスボンディング（１）と、スライダーにそのコアを固
定するガラスボンディング（Ｉｆ）の２回のガラスボン
ディング工程を必要とする。

ボンディング（ｎ）の工程で磁気コアのガラス（Ａ）の
軟化やそれに伴うゆるみによる磁気コアの位置のずれ等
を防止するためには、ボンディング（Ｉ）とボンディン
グ（ＩＩ）の温度差は、少なくとも１００℃程度必要と
なってくる。例えば特願昭６３−１２３４３号したがっ
て、ガラスボンディング工程（１）は、ガラスＢの信頼
性を確保するため約７００℃程度で行う必要が出てくる
。このような関点から、コンポジット型ヘッド用の磁性
膜には、７００℃程度の耐熱性が要求される。

従来、このような耐熱性を有する材料としてはＦｅ−＾
１−３ｉ系合金（センダスト）′ｆｉｔ膜が、磁気ヘッ
ドに適用されている。（特開昭６０−７４１１０号等参
照）。

しかしながら、記録媒体保磁力の向上に伴い、より高い
飽和磁束密度を有する磁気へ、ド用磁性膜が必要となっ
てきた。

近年、Ｆｅ−Ｇａ−５ｉ膜（特開昭６１−２３４５０９
．特開昭６２−１０４１０８他）Ｆｅ−Ｃ系多層膜（特
開昭６３６５６０４、特開昭６３−８０５０９）　Ｃｏ
系およびＦｅ系組成変調窒化膜（特開昭６２−２１０６
０７．特開昭６３−５７７５８．特開昭６３−２５４７
０８）　Ｃｏ　−Ｍ　−Ｃ膜（ただし、Ｍ＝Ｔａ。

Ｔｉ＋　Ｚｒ＋　Ｈｆ＋　ＮＪ　Ｍｏ）　（１日本金属
学会春季大会１９８９年一般講演概要Ｊ　　（１２８）
、ｒ日本金属学会秋季大会１９８９年一般講演概要Ｊ（
２５２）。

（２５３）　、Ｆｅ−Ｍ−Ｃ膜（ただし、Ｍ＝Ｔｉ、　
Ｚｒ０ｆ、　Ｖ、　Ｎｂ、　Ｔａ）　　（ｒ信学技報Ｊ
ＭＲ−８９−１２゜Ｐ　９　（１９８９）、第１３回日
本応用磁気学会学術講演概要集（１９８９）、Ｐ４８４
．４８５）等、高飽和磁束密度を有し、かつ耐熱性にす
ぐれる磁性膜の探索がすすめられている。

特に、Ｆｅ−Ｍ−Ｃ膜は、飽和磁束密度が最高１．７Ｔ
と大きく耐熱温度が６００℃程度と高く有望である。こ
の材料は、α−ＦｅとＭの炭化物の微結晶Ｕ織を有し、
微結晶化により異方性分散が小さくなるため、軟磁性が
得られる。また、Ｍの炭化物がα−Ｆｅの結晶粒の成長
を抑制するため耐熱温度も高い。以上の事は信学技報Ｍ
Ｒ−８９−１２に記載されている。

この材料では、４５０〜５００℃の熱処理によって微結
晶が生成されることによって軟磁性が得られる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、このＦｅ　−Ｍ　−Ｃ（Ｍ　＝Ｈｆ、　
Ｚｒ。

Ｔａ・・・）膜において、良好な軟磁性が得られる組成
範囲での耐熱温度は、「信学技報ＪＭＲ−８９１２、Ｐ
　９　（１９８９）及び第１３回日本応用磁気学会学術
講演概要集（１９８９）Ｐ、　　４８４．　４８５によ
れば、高くても６００〜６５０℃であり、コンポジット
型のヘッドへの応用を考えると約５０℃程度の耐熱性の
向上が必要である。

本発明の目的は、上述した従来技術の欠点を解消し、高
飽和磁束密度、高透磁率、低磁歪定数をもち、７００℃
以上の耐熱温度を有する磁性膜及びそれを用いた磁気ヘ
ッドを捷供することである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、Ｆｅｗ　Ａｙ　Ｎ１１　　（ただし、ｘ、ｙ
、ｚは各々組成比を原子％として表し、Ａは、Ｈｆ　　
ＺｒＴａ、　Ｎｂ、　Ｔｉよりなる群から選択された少
なくとも一種の元素、ＮはＮ（窒素）を表わす）なる組
成式で表わされ、その組成範囲が、 ５≦ｙ≦１５ ３≦２≦２０ ｘ＋ｙ＋ｚ＝ｉｏ。

であることを特徴とするＦｅ基基磁磁性５１Ｍある。

〔作　用〕

Ａ　（Ｈｆ、　Ｚｒ、　Ｔａ、　Ｎｂ、　Ｔｉ）の窒化
物の生成エネルギーは非常に低いため、成膜後の状態で
すでにｂｃｃ構造のＦｅ　（以後α−Ｆｅと記す）とＡ
の窒化物の微結晶からなる組織が形成されている。α−
Ｆｅの結晶粒が微結晶化されるため異方性分散が小さく
なり、高透磁率、低保磁力の良好な軟磁気特性が得られ
る。また、前述したＦｅ−Ｍ−Ｃ膜と異なり、成膜後の
状態ですでに均一な微結晶構造が生成されているので、
成膜したままの状態でも軟磁性が得られる。

さらに、Ａの窒化物は生成エネルギーが低く非常に安定
であるため成膜後の状態ですでに十分生成されており、
熱処理によるＮの移動は、Ｃの場合にくらべてかなり少
ない。このため、熱処理によるα−Ｆｅの結晶粒の成長
はＡの窒化物により抑制され、磁気ヘッドのガラス溶着
時に加わるような熱処理を施しても軟磁気特性は劣化し
ない。

耐熱温度は、Ａの窒化物の量と関係し、適量より少ない
と耐熱温度が低い、また、Ｍの窒化物が多すぎると、Ｐ
ｅの粒界に析出し、Ｆｅの微結晶間の静磁結合がなくな
るため異方性分散が増大し、軟磁性が劣化してしまう。

したがって、７００℃以上の高い温度での熱処理後にお
いても良好な軟磁性を得るためには、本発明の範囲のＡ
とＮの量が望ましい。中でも、ＡとしてＨｆを用いた場
合が、最も耐熱性が高く、かつ高Ｂｓで良好な軟磁性が
得られる。

〔実施例〕

（実施例１） 本発明の磁性膜の形成には通常のＲＦマグネトロンスパ
、り装置を用いた。Ｆｅ　（純度９９．９９％）のター
ゲット上に、Ａ　（Ｈｆ、　Ｚｒ、　Ｔａ、　Ｎｂ、　
Ｔｉ、純度９９．９％）のベレットを配置した複合ター
ゲットをＡｒ　（純度９９．９９９％）とＮ２（純度９
９．９９％）の混合ガスを用いてスパッタを行った。Ａ
、Ｎの量は、Ａペレットの数及びＮ２ガスの分圧を変え
ることにより変化させた。

スパッタ条件は、以下の通りとした。

排気到達真空度　Ｉ　Ｘ　１０−”Ｔｏｒｒ以下投入電
力　　　　４．５Ｗ／ｃｓｉ ガス圧（全圧）　　４　Ｘ　１０−”Ｔｏｒｒ基板　　
　　　　結晶化ガラス 基板温度　　　　加熱なし 膜厚　　　　　　２土０．２μ請 以上の条件で作製した磁性膜の組成は、ＥＰＭＡによっ
て分析した。膜の飽和磁束密度及び保磁力はＶＳＭ（印
加磁場５００ｅ）、透磁率はベクトルイピーダンスメー
タ、磁歪定数は光でこ法により測定した。

また、この磁性膜の耐熱性はＮ２雰囲気中で所定の温度
に加熱後、室温で透磁率を測定し、ｉ３磁率が１０００
以下となる温度の高低によって判定した。

第１図に、Ｆｅ−Ｈｆ−Ｎ膜に７００℃の熱処理を施し
た場合の透磁率（５ＭＩＩ２）と膜組成の関係を示す。

第１図より明らかなように、原子比でＨｆ５〜１５％、
Ｎ３〜２０％及び残部Ｆｅなる組成で、μＳ□ｚ　＞　
１０００の特性が得られる。

第２図に、Ｆｅ、ｓ、ｏＨｆｘ、ｈＮＩｓ、ａ　（ａｔ
％）なる組成の膜の透磁率μ５ＭＭ２及び保磁力Ｈｃと
熱処理温度の関係を示す０図より明らかなように、成膜
後の状態（ａｓ−ｄｅｐｏ）ですでにｕ　５ｘＮｚ＝１
６００．　Ｈｃ＝　０．８０ｅの良好な軟磁性を示す。

さらに熱処理を施した場合、５００℃〜７００℃の範囲
において、μ５Ｍ８！＞２０００．　Ｈｃ＜　１０ｅの
特性を示し、耐熱温度は、７００℃を越えている。

第３図には、このＦｅ−Ｈｆ−Ｎ膜の飽和磁束密度Ｂｓ
と熱処理温度の関係を示す、５００℃以上の熱処理温度
では、Ｂｓ＝１．４Ｔのほぼ一定の値を示している。

第１表には、Ｆｅ−Ａ−Ｎ膜のＡとして、Ｈｆの他にＺ
ｒ、　Ｔａ、　Ｎｂ、　Ｔｉを用いた場合の、種々の組
成の膜の最適熱処理条件での磁気特性を示す。また耐熱
性としては、μＳＭ）１２が１０００以下となる温度を
示した。なお、すべての温度範囲でμ、−２が１０００
以上にならないものについてはＸ印で示した。

ＡがＺｒ、　Ｔａ、　Ｎｂ、　Ｔｉの場合も原子比でＡ
が５〜１５％、Ｎ３〜２０％及び残部Ｆｅなる組成で、
Ｂｓ１、３〜１．７　Ｔ、　　μｓｘｇｚ＞１０００．
　Ｈｃ≦１０ｅ、λ＝−１〜３Ｘ１０−’の特性を示し
、耐熱温度も７００℃以上であった。

第４図に、Ｆｅｔｉ、ｏＨｆ＋＋、ｉＮ＋ｓ、４膜の熱
処理によるＸ線回折パターンの変化を示す。ａｓ　−ｄ
ｅｐｏ状態より、すでに、ｂｃｃ構造のＦｅ　（α−Ｆ
ｅ）の（１１０）　。

（２００）面とのＨｆＮの（１１１）、　　（２００）
。

（３１１）面の回折ピークが見られた。α−Ｆｅの（１
１０）ピークの半値幅より５ｃｈｅｒｒｅｒの式を用い
て結晶粒径を求めてみると、約６０人であった。

一方、７００℃熱処理後においてもα−ＦｅとＨｆ−Ｎ
のピークが見られ、α−Ｆｅの結晶粒径は約９０人であ
った。このように、ａｓ　−ｄｅｐｏ状態から７００℃
の熱処理後までα−Ｆｅの結晶粒は６０〜９０人と小さ
いため、広い熱処理温度範囲で良好な軟磁性が得られる
ものと考えられる。しかし熱処理温度をさらに高くして
５００人を越える結晶粒になると磁気特性は著しく劣化
する。

第５図に、種々の組成のＦｅ−Ｉｆ−Ｎ膜の７００℃熱
処理後のＸ線回折パターンを示す。第４図に示した本発
明の組成範囲に対し、Ｉｆ、　Ｎ量が過剰な場合、Ｈｆ
Ｎは十分に生成されており、Ｆｅの粒成長は抑制されて
いるのがわかる。しかしながら、良好な軟磁性が得られ
ない原因としては、ＨｆＮがＦｅの粒界に析出し、Ｆｅ
微結晶間の静磁結合が弱まり、異方性分散が増大するた
めと推察される。

一方、Ｈｆ、　Ｎが少ない場合、α−Ｆｅの鋭いピーク
が見られ、Ｆｅが粒成長しているのがわかる。Ｆｅの結
晶磁気異方性が大きいため、この粒成長によって軟磁性
は急激に劣化しているものと考えられる。

以上述べたように、Ｈｆ、　Ｎ量には最適量が存在し、
Ｈｆ５〜１５％、Ｎ３〜２０％及び残部Ｆｅ組成におい
て、耐熱性７００℃以上で、μ５Ｍ＋４２　＞　１００
０の良好な特性が得られる。このときの結晶組織は、Ｆ
ｅとＨｆＮの微結晶より構成されている。

（実施例２） 次に本発明によるＦｅ−Ｈｆ−Ｎ膜を磁気へ・ノドに応
用した例を示す。

第６図は本発明の磁性膜を適用した磁気ヘッドコアの一
例を示す外観斜視図であり、第７図はその記録媒体対向
面を示す拡大平面図である。この磁気ヘッドコアを第８
図に示すようなＣａＴｉＯｘのスライダーにガラスで固
定し、ジンバルに取り付はハードディスクドライブ用の
磁気ヘッドとして評価した。

第９図は、本発明による磁性膜を用いた磁気ヘッド、Ｆ
ｅ−Ａ７！−５ｉ膜を用いた磁気ヘッドを用いて測定し
た媒体保磁力と限界記録密度、Ｄｓｏ　（ＫＦＣｌ）の
関係を示す。Ｂｓが１．４Ｔと大きいＦｅ　−１１ｆＮ
膜を用いた場合、媒体保磁力が１５０００ｅ以上と大き
くなっても磁気コア先端が飽和せずに強い記録磁界が発
生できるため十分に記録が可能であり、媒体保磁力の増
加とともにり、。も増加する。一方、Ｆｅ−Ａｌ−３ｉ
膜を用いた場合は、媒体保磁力が１５０００ｅ以上とな
るとり、。が減少してしまう。

したがって、本発明のＦｅ−Ｉｆ−Ｎ系磁性膜を用いた
磁気ヘッドを用いることにより、２００００ｅの保磁力
をもつ媒体にも十分に書き込みが可能であることが確か
められた。また、保磁力１００００ｅの媒体を用い、再
生出力を比較したところ、Ｆｅ−Ｈｆ−Ｎ膜とＦｅ−Ａ
ｌ−５ｉ膜を用いた場合で差は見られなかった。

〔発明の効果］ 以上説明したごとく、本発明による　　　を主成分とす
るＦｅ−Ａ−Ｎ　（Ａ＝Ｈｆ、　Ｚｒ、　Ｔａ、　Ｎｂ
、　Ｔｉ）膜は、高飽和磁束密度（１，３〜１．Ｔ）、
高透磁率（１０００以上）、低保磁力（１０ｅ以下）、
低磁歪定数（−１Ｘ１０−ｂ〜３Ｘ１０−”）高耐熱性
（７００℃以上）という磁気ヘッド材料に必要な特性を
兼ね備えている。

したがって、この磁性膜を磁気ヘッド磁極として用いた
場合、０．２μ難程度の薄膜にしても磁気飽和を起こす
ことなく、磁極の先端に強い磁界を発生させることがで
き、超高密度磁気記録を達成することができる。

また、本発明の磁性膜は、通常のＲＦマグネトロンスパ
ッタ法で成膜可能であるため、製造方法が簡単であり製
造コストも安く、かつ高い信転性も確保できる利点があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のＦｅ−Ｈｆ−Ｎ膜の組成と透磁率の
関係を７００℃熱処理後の場合について示す特性図、第
２図はＦｅ−Ｈｆ−Ｎ＃の熱処理温度と透磁率及び保磁
力の関係を示す特性図、第３図はＦｅ−Ｈｆ−Ｎ膜の熱
処理温度と飽和磁束密度の関係を示す特性図、第４図は
最適組成のＦｅ−Ｈｆ−Ｎ膜の熱処理によるＸ線回折パ
ターンの変化を示す図、第５図は種々の組成のＦｅ−Ｈ
ｆ−Ｎ膜の７００℃熱処理後のＸ線回折パターンを示す
図、第６図は本発明による磁性膜を適用した磁気ヘッド
（メタル・イン−ギャップ型コンポジットヘッド）のコ
アの一例を示す外観斜視図、第７図はその磁気記録媒体
対向面を示す拡大平面図、第８図は磁気コアを埋め込ん
だ磁気ヘッドの外観斜視図、第９図はＦｅ−Ｈｆ−Ｎ膜
を用いた磁気ヘッドを用いて測定した媒体保磁力と限界
記録密度の関係を示す特性図、第１０図は、従来のモノ
リシックヘッドの外観斜視図である。 ｌ：磁気コア半体、２：Ｍ１気コア半体、３：Ｍ１性膜
、４：磁気ギャップ、５ニガラスＡ、６：磁気コア、７
：スライダー、８ニガラスＢ１９：磁気コア、１０：磁
気ギャップ、１１ニスライダー：コイル。 立金属株式会社 第６ 図 ム 第 図 第 図 媒体保磁力Ｈｃ（Ｏｅ） 第 図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｆｅ＿ｘＡ＿ｙＮ＿ｚ（ただし、ｘ，ｙ，ｚは各
   々組成比を原子％として表し、Ａは、Ｈｆ，Ｚｒ，Ｔａ
   ，Ｎｂ，Ｔｉよりなる群から選択された少なくとも一種
   の元素、Ｎは窒素を表わす）なる組成式で表わされ、そ
   の組成範囲が、 ５≦ｙ≦１５ ３≦ｚ≦２０ ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００ であることを特徴とするＦｅ基軟磁性薄膜。
2. （２）特許請求の範囲第１項に記載のＦｅ基軟磁性薄膜
   において該磁性膜の組織が平均粒径５００Å以下の結晶
   粒よりなることを特徴とするＦｅ基軟磁性薄膜。
3. （３）特許請求の範囲第１項及び第２項記載のＦｅ基軟
   磁性薄膜を用いたことを特徴とする磁気ヘッド。