JPH0647718B2 - 組成変調窒化合金膜を有する磁気材料 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、磁気ヘツド等に適した抗磁力Ｈｃの小さ
い、いわゆる軟磁性材料に関するものである。

従来の技術 鉄系の磁気ヘッド材料としては、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌのセ
ンダストやＦｅ−Ｎｉのパーマロイ等が従来より知られ
ている。しかし、前者は耐触性に問題があり、耐摩耗性
においてもやや難がある。また、後者は耐摩耗性におい
て大いに問題があり、ＶＴＲ用ヘッドに用いることはで
きない。そのうえ、これらの合金の飽和磁化４πMsはせ
いぜい10000Gauss程度である。

近年、高飽和磁化を有するＦｅ−Ｓｉ系合金が注目され
るようになってきたが、この合金は前記Ｆｅ−Ｓｉ−Ａ
ｌ合金、およびＦｅ−Ｎｉ系合金のような優れた軟磁性
を示さず、さらに耐触性、および耐摩耗性も劣るため、
磁気ヘッドコアとしては使用できない。

発明が解決しようとする問題点 そこで、優れた軟磁性を得、かつ耐触性、および耐摩耗
性を高めるという見地から種々の窒化合金の研究がなさ
れており、これは例えば、Ｆｅの窒化物の研究（ジャー
ナルオブアプライドフィジックス：J.Appl.Phys.53(11)
P8332(1982)）や、Ｆｅ−Ｂ系の窒化物の研究（特開昭5
4-94428号公報、および同昭60-15261号公報）として知
られている。しかし、一般には、窒化によって軟磁性は
損なわれ、特に前者（Ｆｅ窒化物）においては、軟磁性
の指標である抗磁力Ｈｃが極めて大きくなるという問題
を生じていた。

本発明は、このような問題点を解決し、抗磁力Ｈｃが小
さく、かつ耐触性と耐摩耗性に優れた、高飽和磁化を有
する、軟磁性窒化磁性合金を作成しようとするものであ
る。

問題点を解決するための手段 上記の目的を達成するために、本発明は、組成 Ｆｅ Ｓｉ Ｎ Ｔ …（１） において、ＴはＮｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｒ、
Ｍｏ、Ｗより選択された１種あるいは２種以上の元素、
また各原子の原子パーセント、、、、がそれぞ
れ、 7097 １20 １15 １10…（２） からなり、膜厚方向に組成変調して得られた、組成変調
窒化合金膜よりなる軟磁性体を構成したものである。

作用 Ｆｅ−Ｓｉ系合金膜は、Ｓｉが約６および18（原子％）
でほぼ磁歪が零となることが実験的に知られており、適
当な熱処理により、Ｓｉが約１〜20（原子％）で抗磁力
Ｈｃは10Ｏｅ以下となる。しかし、これでは十分満足の
いく軟磁気特性が得られないばかりか、耐摩耗性、およ
び耐触性に難があり、磁気ヘッドコアには使用できな
い。そこで、本発明は、まず窒化によって耐触性・耐摩
耗性が大幅に改善されるという特質を利用し、しかも単
なる窒化膜ではなく、非窒化層と窒化層より成る多層構
造膜（それ自体、広義の「組成変調構造膜」に含まれ
る。）もしくは、組成変調構造膜組成変調膜とは歴史的
には米国のDr.Hilliardらによって命名されたもので、
例えば、J.Magn.Magn.Mater.54-57(1986)pp787-788に
「compositionally modulated film」の言葉が使われて
おり、これを日本語に訳すと「組成変調膜」となり、学
会では一般に知られているものである。その定義は、例
えば、原子ＡとＢとをそれぞれ３個づつ交互に積層する
と、ＡＡＡ／ＢＢＢ／ＡＡＡ／ＢＢＢ／……なる積層膜
が出来るが、これも広義の組成変調膜であり、組成変調
波長とは、｛ＡＡＡ／ＢＢＢ｝の繰り返し単位の長さを
意味するものである。実際にはこのような理想的なもの
は得難く、一般的には原子ＡとＢが拡散したりして、膜
方向のそれぞれの組成分布は矩形波的ではなく正弦波的
に変調されているものが多く、これらのものを称して組
成変調膜と言う。また、広義の組成変調膜は超構造膜と
も呼ばれている。とすることで、上記の軟磁気特性とし
ては不十分であった抗磁力Ｈｃをさらに小さくできると
いう、本発明者らの発見を具体化したものである。ただ
し、この時多層構造のものは熱的に不安定であるため、
適切な熱処理を施すことにより、構造の変化を生じさ
せ、好ましい組成変調構造とする。この場合し、ＮとＦ
ｅとの結合が弱いため、高温真空下においてＮが一部解
離し、磁気特性だけでなく、耐触性、および耐摩耗性に
も悪影響をおよぼすことを考慮し、本発明では、Ｎとの
結合力の強いＮｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｍ
ｏ、Ｗ等を添加したものである。これにより膜構造の熱
的不安定性を解決するとともに、明確な組成変調構造を
得ることにより耐触性、および耐摩耗性をも改善したも
のである。

実施例 本発明の具体的実施において判明した、好ましい組成比
は次のとおりである。

(1)式で示された組成の合金膜は、 70、20、15、10 …（３） であるとき、高飽和磁化４πMs＞8000Gaussを有し、こ
れに耐摩耗性、および耐触性を付加するためには、少く
とも １ …（４） であることが必要である。また、軟磁性を示すために
は、少くとも １ …（５） であり、かつ膜方向に組成が変調されていることが必要
である。さらに、この組成変調構造が熱的に安定である
ためには、 １ …（６） であることが必要である。

特に、この組成変調波長λが λ＞2000Å であるとき、その効果は顕著であり、優れた軟磁性を示
すことが実験によって示された。

以下に、具体的実施例を従来の単層構造と比較して説明
する。

実施例１（多層構造膜−単純組成変調構造膜の作成） まず、Ｆｅ_100-XＳｉ_Ｘ（ｘ−６、12、18原子％）なる
ターゲットを用いて1.1×10^-2TorrのArガス中、および
分圧で10％のＮ_２ガスを混合したArガス中でスパッタし
て、Ｆｅ−Ｓｉ合金膜、およびＦｅ−Ｓｉ−Ｎ合金膜を
それぞれ作成した。次に、１層の層厚が約200Å、すな
わち組成変調波長λが約400Åとなるように、Arガス中
とＮ₂ガス分圧10％のArガス中で交互にスパッタするこ
とにより、Ｆｅ−Ｓｉ／Ｆｅ−Ｓｉ−Ｎ多層膜を作成し
た。

この場合、ArガスからＮ₂ガスへの交互置換により、他
の成分元素については、Ｎ₂ガス置換時はＮ₂ガスの存在
分だけ減少するという周期変化に加えて、Ar雰囲気とＮ
₂雰囲気とによる原子スパッタ量の相違による周期的変
化が加わり、各固有の位相および振幅の周期変化による
多層構造膜、すなわち単純組成変調構造膜となる。

同様の実験を、本発明による結合安定化物質Ｔとしての
Moを含むFe_95-X，Ｓｉ_X，Ｍｏ₅（Ｘ′＝０、１、６、1
2、18、20原子％）なるターゲットを用いて行い、Ｆｅ
−Ｓｉ−Ｍｏ膜Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｏ−Ｎ膜、および本発明
のＦｅ−Ｓｉ−Ｍｏ／Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｏ−Ｎ多層膜を作
成し、これらの磁気特性および、耐触性、耐摩耗性を調
べた。耐触性に関しては、蒸留水中に24時間放置し、そ
の後の錆の有無により、○（極めて良好）、△（ほぼ良
好）、×（不良）として表−１に示した。耐摩耗性に関
しては、スパッタ膜を先端につけたダミーヘッドを市販
のＶＴＲデッキに取り付け、100時間走行後の摩耗量に
より判定した。

実験結果より、窒化した膜は、一般的に耐触、耐摩耗性
に優れているが、従来の単層膜では、抗磁力Ｈｃが極め
て大きいのに対して、本発明のごとく多層構造化するこ
とによって軟磁性が得られることがわかった。ただし、
この際Ｓｉを少くとも１％以上含むことが必要であり、
またＳｉを20％以上含むものは、高飽和磁化４πMsが減
少し、磁気ヘッド用材としては好ましくない。

実施例２（アニールによる組成変調構造膜の発展） 実施例１で作成した試料No.２、５、８、13、19、25
^*（＊印は本発明の合金膜を示す。以下同様。）の試料
を真空中において、温度420℃、580℃で熱処理し、その
抗磁力Ｈｃの変化を測定した。結果は表−２に示されて
いる。

実験の結果、Ｍｏを含む試料25^*は、それを含まない試
料８よりも熱的安定性がよく、アニールにより、さらに
特性が改善されるのに対し、後者は高温の熱処理によっ
て特性が劣化することがわかった。また、単層の窒化膜
はアニールの有無にかかわらず、軟磁性を示さないこと
がわかった。

実施例３（結合安定化合物質ＴとしＮｂを含有する超構
造膜の作成） Ｆｅ_88-uＳｉ₁₂Ｎｂ_u（ｕ＝１、５、10原子％）なるタ
ーゲットを用い、実施例１と同様に、Ａｒガス中および
Ｎ₂ガスを分圧で10％含むＡｒガス中で交互にスパッタ
することにより、本発明の多層膜を作成し、温度420
℃、580℃で熱処理してその特性を調べた。結果は表−
３に示されている。

実験結果より、Ｎｂを添加した試料28^*は、それを添加
していない試料８（実施例２、表−２参照）に比べて、
高温アニールによっても安定した特性をもつことがわか
った。この添加効果は１％以上で有効であるが、表−３
に示したように、10％以上の添加は高飽和磁化４πMsを
減少させ、かえって逆効果を生じる。

第１図Ａ〜Ｃおよび第２図Ａ〜Ｃはそれぞれ実施例３の
試料29^*、および実施例２の試料８の、試料作成時、420
℃アニール後、および580℃アニール後の、膜の深さ方
向のＡＥＳ分析による組成プロファイルを示している。
なお、図の横軸は膜をスパッタエッチするのに要した時
間で、スパッタ条件により多少のばらつきがあり一概に
は言えないが、およそ２０分で６００Åである。図より
明らかなように、Ｎｂを含まない試料８の超構造膜は42
0℃のアニール後、作成時の多層構造から組成変調構造
となるが、580℃のアニールによって膜中のＮ元素がや
や減少するほか、組成変調構造は不明瞭になっている。
一方、Ｎｂを含む試料29^*の超構造膜は、420℃のアニー
ルによりやはり組成変調構造となり、さらに580℃のア
ニールでは、組成変調構造はむしろやや明瞭となってい
る。この差の生じる原因は、Ｎ−Ｎｂの化学的結合度が
強いことにあると思われ、これにより特性の熱的安定性
が得られるものと考えられる。

実施例４（結合安定化物質Ｔとして種々の物質を用いた
超構造膜の作成） Ｆｅ₈₅Ｓｉ₁₂Ｔ_３（Ｔ＝Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈ
ｆ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ）なるターゲットを用いて実施例１
と同様の方法で窒化層と非窒化層よりなる本発明の多層
膜を作成し、実施例２と同様の方法で熱処理を行い、特
性の熱的安定性を示した。ただし、今回はスパッタ時間
を変化させることにより、組成変調波長λを200〜3000
Åまで変化させた。結果を表−４にまとめた。

実験結果より、λが2000Å以下の時、抗磁力Ｈｃが低下
する効果が顕著になることがわかった。

実験の結果よりλが2000Å以下の時、抗磁力Ｈｃが低下
する効果が顕著になる事がわかった。

実施例５（ＴがＮｂで種々の分圧によるＮ_２混合Ａｒガ
スを用いた組成変調構造膜） Ｆｅ₈₅Ｓｉ₁₂Ｎｂ₃なるターゲットを用いて、実施例１
と同様にＡｒガス中とη％（η＝０、１、２、５、20）
のＮ_２ガスを混合したＡｒガス中で交互にスパッタする
ことにより、１層の層厚が約200Åの多層構造膜を作成
した後、温度500℃でアニールし、組成変調構造膜とし
た。そして、この膜中のＮ元素量をＡＥＳ分析により求
め、耐触性及び、磁気特性におよぼす影響を調べた。耐
触性の判定法は、実施例１と同様である。結果を表−５
に示した。

実験結果より、試料43及び試料44^*の比較から、Ｎが１
％以上膜中にあれば耐触性が改善され、かつ組成変調化
して軟磁気特性の改善にも有効であることがわかる。ま
た、Ｎを15％以上含有すれば、４πMsが減少し、磁気ヘ
ッド用としては実用的でないことがわかった。

発明の効果 上記実施例で説明したように、本発明は、耐触性、耐摩
耗性に優れ、かつ高飽和磁化で、軟磁性を有し、熱的に
安定な組成変調窒化合金膜を有する磁気材料を可能とす
るものである。

なお、上記実施例では、１個のターゲットを用いて、Ａ
ｒガス中にＮ_２ガスを周期的に混合して、組成変調合金
膜を作成したが、互いに組成の異なる複数個のターゲッ
ト（例えば、窒化物ターゲットと合金ターゲット）を用
いて多元スパッタ装置により、組成変調合金膜を作成し
てもよいことは、いうまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ、ＢおよびＣは、それぞれ本発明による組成変
調窒化合金膜の一つにおける作成時、420℃アニール
後、580℃アニール後の膜の深さ方向のプロファイルを
示すグラフ、 第２図Ａ、ＢおよびＣはそれぞれ従来の組成変調窒化合
金膜の膜の深さ方向のプロファイルを示すグラフであ
る。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】組成Ｆｅ Ｓｉ Ｎ Ｔ において、Ｔは
   Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗより選
   択された１種あるいは２種以上の元素、また、、、
   、は各原子の原子パーセントであって、それぞれ、 7097 １20 １15 １10 からなり、膜厚方向に組成変調されたことを特徴とする
   組成変調窒化合金膜を有する磁気材料。
2. 【請求項２】組成変調波長λが、 λ＜2000Å であることを特徴とする特許請求の範囲第(1)項記載の
   組成変調窒化合金膜を有する磁気材料。