JPH0653040A - 軟磁性合金膜 - Google Patents

軟磁性合金膜

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JPH0653040A
JPH0653040A JP6073792A JP6073792A JPH0653040A JP H0653040 A JPH0653040 A JP H0653040A JP 6073792 A JP6073792 A JP 6073792A JP 6073792 A JP6073792 A JP 6073792A JP H0653040 A JPH0653040 A JP H0653040A
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Hiroyasu Fujimori
啓安 藤森
Noriyuki Kataoka
教行 潟岡
Naoya Hasegawa
直也 長谷川
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F10/00Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
    • H01F10/08Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers
    • H01F10/10Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers characterised by the composition
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 Fe−Co合金の高い飽和磁束密度を保ちつ
つFe−Co合金結晶のもつ本質的な磁歪を低減し、軟
磁性を有する合金膜。 【構成】 Fex Coy Rz (Fe:鉄,Co:コバ
ルト,R:Ho(ホルミウム)及び又はTm(ツリウ
ム))なる組成を有し、体心立方構造の結晶からなる軟
磁性合金膜。但し、30at%≦x≦95at%、5a
t%≦y≦70at%、0.1at%≦z≦5at% 【効果】 Ho及び又はTmの少量添加により体心立方
構造を有し、高飽和磁束密度を有したまま磁歪が低減さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高密度記録用磁気ヘッ
ド等に適した飽和磁束密度の高い軟磁性合金膜に関する
ものである。
【従来の技術】近年、磁気記録の分野では、その高密度
化が強く要求されている。これに伴い記録媒体上の記録
波長が短くなり、それによる反磁界に抗して記録パター
ンを安定に保持するために、より高い保磁力(Hc)の
媒体が用いられるようになっている。このような媒体に
記録するためには、ギャップから強力な磁界を発生する
磁気ヘッドが必要であり、そのコア材料として高い飽和
磁束密度のものが必要とされる。一方、記録再生兼用磁
気ヘッドの場合、媒体からの微小磁界を効率よく検出す
るために、コアの初透磁率(μ)も高いことが要求され
る。ところで、磁気ヘッドの記録効率を上げるにはギャ
ップ部の磁界分布を急峻にすることが有効であり、これ
に適した磁気ヘッドとして、薄膜ヘッド、及び高飽和磁
束密度薄膜をギャップ近傍にのみ配したメタル イン ギ
ャップ(MIG)型ヘッドが挙げられる。尚、上記のよ
うな線記録密度の向上とは別に、トラック密度の向上
も、面記録密度の向上に重要であり、ヘッドの狭トラッ
ク化が推進されている。ヘッドを狭トラックに加工する
にはフォトリソグラフィーによる加工が行われる薄膜ヘ
ッドが有利である。また、薄膜ヘッドは高周波化にも有
利な形状である。このように、磁気ヘッドのコア材料と
しては、高飽和磁束密度かつ良好な軟磁気特性のものを
薄膜という形で得ることが強く要求されている。
【0002】
【発明が解決しようとする課題】高飽和磁束密度の薄膜
としてはFeを主成分とするものが種々提案されてい
る。例えば、Feを主成分とする結晶粒を著しく微細に
することにより(実効的な結晶磁気異方性の低減)、良
好な軟磁気特性を得た例として本発明者等は特願平1−
278220号,特願平1−298829号などを出願
している。これらの飽和磁束密度の上限は約18kGで
あった。また、純鉄を何らかの方法で軟磁性化したとし
ても、その飽和磁束密度は21.5kGである。将来的
に、より一層の高記録密度化を考えた場合、さらに高い
飽和磁束密度が要求されてくると予想される。Co(1
0〜70at%)を含むFe−Co合金はFeよりも高
い飽和磁束密度を有し、中でもFe−Co(Co;40
at%)合金は24.2kG(室温)もの飽和磁束密度を
有することが知られている。24.0kGの飽和磁束密度
を有するFe−Co(Co;50at%)合金はパーメ
ンジュール(Permendur)と呼ばれ、バルクの材料とし
て既に実用化されている。しかし、薄膜としてこの合金
を作製した場合、良好な軟磁気性特性を得ることは極め
て困難である。これは、Fe−Co合金が+8×10-5
もの大きな磁歪を有することに起因している。即ち、ス
パッタ、蒸着等の薄膜形成プロセスにより作製された薄
膜には、108〜1010dyn/cm2の内部応力が存在し、こ
れをゼロにすることは現実的には不可能に近いため、こ
の応力による逆磁歪効果で、薄膜を構成する各結晶には
大きな磁気異方性を生じることになる。多結晶体である
薄膜ではこのような異方性の分散(不均質性)が顕著と
なり、スムーズな磁化の反転が行われなくなり、軟磁気
特性が得られなくなってしまう。このような異方性は極
めて大きなものなので、結晶の微細化により、これを軽
減したとしても、実用に供し得るほどの軟磁気特性を得
ることは難しい。これを解決するにはFe−Co合金結
晶の持つ磁歪を低減することが必要である。その方法と
してはSiやAlを多量に添加することが既に提案され
ている。(論文 N.Tsuya、K.Arai、K.Ohmori、and T.Ho
nma :IEEE Trans.Magn、MAG-18(1982)1424.,M.Hayak
awa、K.Hayasi、W.Ishiwata,Y.Ochiai、M.Matsuda、Y.I
wasaki and K.Aso:IEEE Trans. Magn. MAG-23(1987)3
092.など)しかし、これら非磁性元素の多量の添加によ
り、飽和磁束密度は20kGを切るため、Fe系薄膜に
対する優位性はあまりなかった。
【0003】本発明は、上記の問題点を解決し、Fe−
Co合金の高い飽和磁束密度を保ちつつFe−Co合金
結晶のもつ本質的な磁歪を低減し、軟磁性を有する薄膜
を得ることを可能とするものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の軟磁性合
金膜は、Fex Coy Rz (Fe:鉄,Co:コバル
ト,R:Ho(ホルミウム)及び又はTm(ツリウ
ム))なる組成を有し、体心立方構造の結晶からなるこ
とを特徴とするものである。 但し、30at%≦x≦95at% (at%=原子パ
ーセント) 5at%≦y≦70at% 0.1at%≦z≦5at%
【0005】請求項2に記載の発明は、結晶粒の平均粒
径が40nm以下であることを特徴とする請求項1に記
載の高飽和磁化軟磁性合金膜である。
【0006】平衡状態において、HoやTm等の希土類
金属はFeやCoにほとんど固溶しないが、スパッタや
蒸着等の、いわゆる気相急冷プロセスにより、強制的に
固溶させる(非平衡相を形成する)ことが可能である。
異なる結晶構造の化合物が析出した場合、飽和磁化等の
性質が大きく変化してしまうが、この場合、高い飽和磁
化を有するFe−Coの体心立方格子(bcc)構造を
有したままHoやTmを少量固溶させることができる。
合金膜の作製には真空蒸着あるいは、RF2極スパッ
タ、マグネトロンスパッタ、3極スパッタ、イオンビー
ムスパッタ、対向ターゲット型スパッタ等の既存の薄膜
作製装置を用いることができる。
【0007】
【作用】磁歪の本質的な原因は、電子のスピン間の相互
作用が関与している。即ち、結晶構造が変らない場合、
異なる電子状態を持つ元素が固溶すると、スピン間の相
互作用が変化して磁歪が変化する。このような効果が大
きいことが期待できる元素として希土類金属が考えられ
る。希土類金属は3d遷移金属と異なり、軌道磁気モー
メントが生きている(3d遷移金属はスピン磁気モーメ
ントのみ)ので、軌道に伴う異方的な電子雲と格子を構
成する原子の電子との静電的な相互作用がある。このよ
うな結晶場の中での磁性イオンの軌道の振舞いから磁気
異方性を説明するモデルとして一イオンモデルがある
が、同様なメカニズムで磁歪の変化も期待できる。この
ような観点に立ち、本発明者らは、鋭意研究を重ねた結
果、希土類元素の中で、特にHoとTmがFe−Coの
磁歪を際立たせて低減させる効果を有することを見出し
た。ここで、Ho及び又はTmの濃度(z)は0.1a
t%以上でないと、その効果が明確にあらわれない。ま
たHo及び又はTmを5at%以上添加すると、体心立
方構造単相状態を維持することができなくなり、非晶質
相が混在するようになって、飽和磁束密度が低下してく
る。尚、本発明の合金膜においては、大部分が体心立方
構造であればよく、部分的には体心立方構造でなくとも
良い。また、FexCoyRzにおいて、30≦x≦95a
t%、5≦y≦70at%としたのは、Feより高い飽
和磁束密度を得るためである。ところで、既に述べたよ
うにHoやTmはFeやCoには平衡状態では非固溶で
ある。このような非固溶物質を強制固溶させた場合、結
晶粒が微細化することが知られている。このような微細
化によって、上記の磁歪の低減効果と相まって、実効的
な異方性をより低下させることにより、より良好な軟磁
気特性を得ることができる。尚、結晶粒径が40nmよ
り大きいときは、このような実効的な異方性低減効果は
現われない。また、このような結晶の微細化を更に促進
するには、成膜時に基板をイオン照射すること、あるい
は基板を冷却すること等が有効である。
【0008】
【実施例】DC三極高速スパッタ装置を用い、水冷した
銅基板上にFe−Co−R合金膜(RはHo又はTmで
ある)を成膜した。合金ターゲットはアーク溶解により
作製した。スパッタ時のArガス圧は4.2×10-2
orr.、ターゲット電圧1kVとした。
【0009】また、各種組成の軟磁性合金膜の磁歪と飽
和磁束密度の測定値を表1に示す。磁歪の測定は、基板
から剥離した合金膜に歪ゲージを貼り付けて行なった。
飽和磁束密度は振動試料型磁力計により測定した。結晶
構造はX線回折により同定した。
【0010】
【表1】
【0011】表1から、Ho又はTmを添加すること
で、磁歪を低減させることができることがわかる。そし
て、本実施例のサンプルNo.〜及び,は磁歪
が小さいにもかかわらず、純鉄の飽和磁束密度(21.
5kG)よりも大きい飽和磁束密度を有している。しか
しながら、比較例であるサンプルNo.のように、H
oの濃度が5at%を超えると、磁歪が負の範囲で大きく
なり過ぎるばかりでなく、飽和磁束密度が著しく低下し
てしまう。これは、Hoの濃度が高過ぎると、体心立方
構造が崩れ、キュリー温度の低い非晶質相が混在してく
るためと考えられる。(尚、比較例No.以外の合金
膜の結晶構造は体心立方構造であった。)
【0012】図1にHoが0.5at%の合金膜の飽和
磁束密度のFe:Co比による変化を示した。この合金
は体心立方構造の結晶組織を有しており、Hoを含まな
いバルクのFe−Co合金(比較例;破線)と比較して
も飽和磁束密度の低下は大きくなく、図1に示すCoの
含有量比が5原子%以上70原子%以下であるFe−C
o−Ho合金は、純鉄の飽和磁束密度である21.5k
Gよりも大きい十分な飽和磁束密度を有している。ま
た、この合金の結晶粒の粒径をX線回折のピークの半値
幅から求めたところ、30nm以下であった。
【0013】
【発明の効果】本発明の軟磁性合金膜は、Ho及び又は
Tmの少量添加により体心立方構造を有し、高飽和磁束
密度を有したまま磁歪が低減されたものである。これよ
り純鉄(Bs=21.5kG)よりも高い飽和磁束密度の
薄膜の軟磁性化が可能となる。このような非常に高い飽
和磁束密度を有する薄膜を磁気ヘッドに応用した場合、
微小トラック及び微小ギャップから強力な磁界を発生す
ることが可能になり、今後のより一層の高密度磁気記録
に適した磁気ヘッドを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】合金中のCo比に対する飽和磁束密度の関係を
示すグラフである。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Fex Coy Rz (Fe:鉄,Co:
    コバルト,R:Ho(ホルミウム)及び又はTm(ツリ
    ウム))なる組成を有し、体心立方構造の結晶からなる
    ことを特徴とする高飽和磁化軟磁性合金膜。 但し、 30at%≦x≦95at% (at%=原子
    パーセント) 5at%≦y≦70at% 0.1at%≦z≦5at%
  2. 【請求項2】 結晶粒の平均粒径が40nm以下である
    ことを特徴とする請求項1に記載の高飽和磁化軟磁性合
    金膜。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6132892A (en) * 1997-09-17 2000-10-17 Kabushiki Kaisha Toshiba Soft magnetic alloy film and manufacturing method thereof, and magnetic head incorporating the same

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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