JPH0722236A - 軟磁性薄膜 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 良好な軟磁気特性や耐熱性を有し、耐蝕性、
耐摩耗性に優れた軟磁性薄膜を提供する。 【構成】 Ｆｅ−Ｍ−Ｎ−Ｏ系軟磁性薄膜にＣｕ及びＲ
ｕを添加する。Ｃｕの添加量は、金属成分中０〜８原子
％であり、Ｒｕの添加量は、金属成分中０〜５原子％で
ある。また、ＣｕとＲｕの合計添加量は、０．２〜８原
子％である。添加元素Ｍは、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔａ、Ｂ、Ｍ
ｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｍ
ｏ、Ｖ、Ｗ、Ｈｆ、Ｇａ、Ｇｅ、希土類元素のうち少な
くとも１種であり、Ａｌ、Ｇａ、Ｔｉ、希土類元素のう
ち少なくとも１種であるＭ^I と、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｚ
ｒ、Ｈｆのうち少なくとも１種であるＭ^IIとを組み合わ
せてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、Ｆｅ−Ｎ系の軟磁性薄
膜に関するものであり、特にその耐蝕性、耐摩耗性の改
良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】磁気記録の分野においては、高密度記録
化、短波長記録化が進められており、これに伴って磁気
記録媒体には高保磁力、高残留磁束密度を有することが
要求され、一方、磁気ヘッド材料には前記磁気記録媒体
の特性を生かすため高飽和磁束密度、高透磁率、低保磁
力を有することが要求される。

【０００３】このような要求を応える軟磁性材料のひと
つとして、Ｆｅ−Ｎ系材料が従来より知られており、こ
れをスパッタリング等の気相メッキ技術によって薄膜化
して磁気ヘッドのコア材として利用することが検討され
ている。

【０００４】しかしながら、Ｆｅ−Ｎ系の軟磁性薄膜
は、熱安定性に劣るという欠点を有する。磁気ヘッドの
製造においては、信頼性を確保するため高融点のガラス
を用いた融着工程が不可欠であり、この工程には高温の
熱処理を必要とすることから、前記欠点は大きな問題と
なる。

【０００５】このような状況から、Ｆｅ−Ｎ系軟磁性薄
膜の熱安定性の改善に関して研究が続けられており、例
えば本願出願人は、特開平３−２３２２０６号におい
て、Ａｌ、Ｇａ等の添加元素と酸素を導入することで、
Ｆｅ−Ｎ系軟磁性薄膜の熱安定性が改善されることを報
告した。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
添加元素が導入されたＦｅ−Ｎ系軟磁性薄膜は、耐蝕性
の点で十分でなく、このような軟磁性薄膜をコア材とす
る磁気ヘッドは、高温高湿条件下で保存した場合に徐々
に錆が発生し、保磁力、透磁率等の軟磁気特性が劣化し
てしまう。このため、磁気ヘッドとしての実用性に欠
け、商品化する上で大きな障害となっている。

【０００７】一方、ＶＴＲ等のように磁気テープと摺動
する形式の磁気記録への応用を考えた場合、磁気ヘッド
材料には高い耐摩耗性が要求される。特に、高周波記録
が進展するに伴って、より速い摺動速度に対応するため
に、従来にも増して磁気ヘッド材料に対する耐摩耗特性
の要求が高い。このような観点から見た場合にも、従来
のＦｅ−Ｎ系軟磁性薄膜は十分なものとは言い難い。

【０００８】そこで本発明は、このような従来の実情に
鑑みて提案されたものであって、優れた耐蝕性を有し、
高温高湿条件下で保存した場合でも錆が発生せず、良好
な軟磁気特性、低磁歪、高飽和磁束密度を有し、且つ高
い耐摩耗特性を有する軟磁性薄膜を提供することを目的
とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、前述の目
的を達成せんものと鋭意研究を重ねた結果、Ｃｕ及びＲ
ｕを添加することが高耐蝕性、低磁歪、低保磁力を維持
しつつ耐摩耗性を改善するために有効であるとの知見を
得るに至った。

【００１０】すなわち、本発明は、（Ｆｅ_a Ｍ_b Ｃｕ_c
Ｒｕ_d ）_e Ｎ_f Ｏ_g （ただし、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、
ｆ、ｇは組成を原子％で表し、ＭはＳｉ、Ａｌ、Ｔａ、
Ｂ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔ
ｉ、Ｍｏ、Ｖ、Ｗ、Ｈｆ、Ｇａ、Ｇｅ、希土類元素のう
ちの少なくとも１種を表す。）なる組成式で表され、そ
の組成範囲が ０．１≦ｂ≦５ ０≦ｃ≦８ ０＜ｄ≦５ ０．２≦ｃ＋ｄ≦８ ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１００ ０．５≦ｆ≦１５ ０．１≦ｇ≦１３ ｅ＋ｆ＋ｇ＝１００ であることを特徴とするものである。

【００１１】ここで、添加元素Ｍは、Ａｌ、Ｇａ、Ｔ
ｉ、希土類のうちの少なくとも１種であるＭ^I と、Ｎ
ｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｚｒ、Ｈｆのうちの少なくとも１種であ
るＭ^IIとを組み合わせてもよく、この場合には、組成式
は（Ｆｅ_a Ｍ^I _j Ｍ^II _k Ｃｕ_c Ｒｕ_d ）_e Ｎ_f Ｏ_g で表
され、またその組成範囲は、 ０．１≦ｊ≦２．５ ０．１≦ｋ≦２．５ ０≦ｃ≦８ ０＜ｄ≦５ ０．２≦ｃ＋ｄ≦８ ａ＋ｊ＋ｋ＋ｃ＋ｄ＝１００ ０．５≦ｆ≦１５ ０．１≦ｇ≦１３ ｅ＋ｆ＋ｇ＝１００ とされる。

【００１２】前記各組成は、軟磁気特性や飽和磁束密度
等の磁気特性、耐熱性、耐蝕性を考慮して決められたも
のであるが、特にＣｕとＲｕの導入量は、合計０．２〜
８原子％とする必要がある。ＣｕとＲｕの導入が少なす
ぎると、耐蝕性、耐摩耗性の改善が期待できず、逆に多
すぎると保磁力Ｈｃが大きな値を示すようになる。

【００１３】上述の軟磁性薄膜は、スパッタリング等の
薄膜形成技術により作製されるが、添加元素の導入方法
としては、先ず、目的の添加元素とＦｅとの合金を調製
し、この合金をターゲットとして使用する方法が望まし
い。Ｆｅターゲットの上に各添加元素のチップを置いて
同時にスパッタする方法もあるが、この方法の場合、膜
中で組成が異なる領域が生じる可能性を有し、前述のＣ
ｕ、Ｒｕ添加効果が発現する組成範囲に維持することが
困難になる虞れがある。

【００１４】また、窒素や酸素の導入方法としては、通
常、成膜雰囲気中に窒素、酸素を導入する方法が用いら
れる。

【００１５】本発明を適用した軟磁性薄膜は、単層膜で
あってもよいし、パーマロイ、Ｃｏ−アモルファス等の
磁性金属や、Ａｇ、Ｃｕ等の非磁性金属、さらにはＳｉ
−Ｎ、ＳｉＯ₂ 等のセラミック材料等で分断して積層構
造とした多層膜であってもよい。上述の軟磁性薄膜は、
いわゆるメタル・イン・ギャップ型や積層型、薄膜型等
の各種磁気ヘッドのコア材として使用可能である。

【００１６】

【作用】所定の添加元素が導入されたＦｅ−Ｎ系軟磁性
薄膜にＣｕ、Ｒｕを導入すると、低保磁力等の軟磁気特
性や耐蝕性等を維持したまま耐摩耗性が改善される。こ
れは、Ｃｕ、ＲｕがＦｅに対して直接酸化を抑え、耐摩
耗性を向上させるように作用しているからと考えられ
る。Ｃｕ、Ｒｕの場合、窒化物を形成し難いために、窒
素雰囲気中でのスパッタリングを行った後にも選択窒化
は生じず、Ｆｅの耐蝕、耐摩耗性を向上させるものと推
測される。

【００１７】

【実施例】以下、本発明を適用した具体的な実施例につ
いて、実験結果に基づいて詳細に説明する。

【００１８】実験例１ 本実験例は、所定の元素が導入されたＦｅ−Ｎ系軟磁性
薄膜にＣｕ、Ｒｕを導入し、耐蝕性及び耐摩耗性の検討
を行った例である。

【００１９】軟磁性薄膜の成膜は、以下の手順で行っ
た。先ず、Ｆｅを主成分とする合金ターゲットを準備
し、窒素ガス及び酸素ガスを含むアルゴン雰囲気中でＲ
Ｆスパッタリングを行い、表１に示す組成を有する薄膜
を作成した。ただし、試料２及び試料５は、Ｆｅ−Ａｌ
−Ｖ−Ｎｂ−（Ｒｕ）合金にＣｕチップを載せてスパッ
タリングを行った。

【００２０】なお、スパッタリングの条件は、出力３０
０Ｗ、ガス圧（全圧）１．２ｍTorrとした。膜中の窒素
含有量、酸素含有量は、雰囲気中への窒素ガス、酸素ガ
スの導入量で制御した。

【００２１】作成した各Ｆｅ−Ｎ系軟磁性薄膜につい
て、耐摩耗性、耐蝕性に関する検討を行った。耐摩耗性
の評価は以下の手順で行った。先ず、実際の８ｍｍＶＴ
Ｒ用磁気ヘッドと同じ寸法のＣａＴｉＯ₃ （チタン酸カ
ルシウム）ダミーヘッドを用意し、テープ摺動面に軟磁
性薄膜（膜厚５μｍ以上）を上記条件で成膜し、この上
に酸化防止膜（ＳｉＯ₂ 、膜厚１０００Å）を付着させ
た。

【００２２】これを実際の結晶状態が通常の磁気ヘッド
の場合と同じになるように５５０℃で１時間アニールし
た後、ヘッドベースに貼り付け、酸化防止膜をラップテ
ープにより除去した。次いで、８ｍｍＶＴＲ用ドラムに
セットし、マイクロビッカース硬度測定用のダイヤモン
ド圧子を押しつけ、四角錐型の凹部を軟磁性薄膜上に接
触させた。

【００２３】次に、実際の８ｍｍＶＴＲに取付け、恒温
恒湿槽（相対湿度６０％、温度２５℃）中で実際の８ｍ
ｍＶＴＲ用テープ（蒸着テープ）を走行させた。所定の
時間テープを走行させた後、ドラムをＶＴＲより取り出
し、四角錐型の凹部の寸法を測定することにより、軟磁
性薄膜の摩耗量を評価した。

【００２４】耐蝕性の評価は以下の手順で行った。結晶
化ガラス基板に軟磁性薄膜（膜厚３μｍ）を上記条件で
成膜し、その上に酸化防止膜（ＳｉＯ₂ 、膜厚１０００
Å）を付着させ、これを５５０℃で１時間アニールし
た。次に、酸化防止膜をラップテープにより除去した
後、１５ｍｍ×１５ｍｍの寸法に切断し、２％ＮａＣｌ
水溶液５０ｍｌ中に浸し、振動しながら３０℃で９６時
間保持した。この後、ＮａＣｌ水溶液からサンプルを取
り出し、水溶液中の沈澱物も含めた全Ｆｅ量を定量分析
し、耐蝕性を評価した。

【００２５】耐蝕性試験、耐摩耗性試験ともに、拡散ポ
ンプを用いた真空中で行ったが、１０^-6Torr台の真空度
では熱処理中に表面酸化層が形成されてしまうことが確
認できたため、酸化防止のためのＳｉＯ₂ 膜を酸化防止
膜として成膜している。酸化防止膜なしでアニールした
場合には、表面が実際の磁性膜とは異なっており、耐
蝕、耐摩耗等の表面に関わる特性の評価には注意が必要
である。

【００２６】結果を表１に示す。

【００２７】

【表１】

【００２８】表１を見ると、合金ターゲットによりＣｕ
を導入し、Ｒｕを添加したサンプルは、優れた耐蝕、耐
摩耗性を示し、且つ低保磁力、低磁歪を維持しているこ
とがわかる。また、Ｃｕチップを載せてスパッタした膜
では、Ｃｕの偏析のため、あまり耐蝕性の改善が見られ
ない。これらの結果から、合金ターゲットにより所定の
添加元素が導入されたＦｅ−Ｎ系軟磁性薄膜へのＣｕ、
Ｒｕの導入は、耐蝕性や耐摩耗性、軟磁気特性に優れた
薄膜を得る上で有効であることが示された。

【００２９】実験例２ 本実験例は、所定の元素が導入されたＦｅ−Ｎ系軟磁性
薄膜に、Ｃｕ、Ｒｕを種々の濃度で添加し、耐摩耗性、
耐蝕性について検討を行った例である。なお、本実験例
でも、スパッタリング条件、アニール条件、耐蝕性試験
条件、耐摩耗性試験条件は、実験例１と同様とした。

【００３０】図１は、Ｆｅ−Ｎ系軟磁性薄膜にＣｕ＋Ｒ
ｕを添加したサンプルについて、Ｃｕの添加量ｘとＲｕ
の添加量ｙと保磁力Ｈｃ（５５０℃でアニールした後の
値）の関係を示すものである。それぞれの組成式は以下
の通りである。 （Ｆｅ_98.1-x-yＡｌ_1.1 Ｖ_0.4 Ｎｂ_0.4 Ｃｕ_x Ｒｕ_y ）
₉₂Ｏ₂ Ｎ₆ （ただし、式中の数値は組成を原子％で表す。）

【００３１】また、図２は、図１と同一のサンプルにつ
いて、実験例１で示した耐蝕性評価法により、ＮａＣｌ
溶液中に溶け出したＦｅ量を測定したものである。図３
は、実験例１で示したように、ＣａＴｉＯ₃ 基板に成膜
した軟磁性薄膜を８ｍｍＶＴＲテープ（蒸着テープ）に
より摩耗させた際の摩耗量を測定したものである。

【００３２】これら図面を見ても明らかなように、Ｃｕ
は、比較的軟磁気特性を劣化させずに耐蝕性を改善可能
であり、Ｒｕは、耐摩耗性改善に効果があるものの、５
原子％以上の添加により軟磁気特性が劣化する。したが
って、良好な耐摩耗性、軟磁気特性を得るためのＣｕ＋
Ｒｕ添加量の範囲は、０．２〜８原子％であることが判
明した。ただし、Ｒｕの添加量は前述のように５原子％
以下が望ましい。

【００３３】なお、今回の実験で、２００Ａ／ｍ以下の
良好な保磁力が得られた軟磁性薄膜では、磁歪はいずれ
も３×１０^-6よりも絶対値が小さく、良好な磁歪を示し
ていた。

【００３４】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明においては、所定の元素が導入されたＦｅ−Ｎ系の軟
磁性薄膜にＣｕ，Ｒｕを添加しているので、軟磁気特性
及び耐熱性を維持したまま、優れた耐蝕性、耐摩耗性を
得ることが可能である。したがって、このような軟磁性
薄膜を磁気ヘッドのコア材料として使用すれば、耐蝕性
に優れた、寿命の長い、実用性の高い磁気ヘッドを得る
ことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ｆｅ−Ｎ系軟磁性薄膜におけるＣｕ添加量ｘ、
Ｒｕ添加量ｙと保磁力Ｈｃ（５５０℃でアニールした後
の値）の関係を示す特性図である。

【図２】Ｆｅ−Ｎ系軟磁性薄膜におけるＣｕ添加量ｘ、
Ｒｕ添加量ｙと耐蝕性（２％ＮａＣｌ水溶液中に溶け出
した全Ｆｅ量）の関係を示す特性図である。

【図３】Ｆｅ−Ｎ系軟磁性薄膜におけるＣｕ添加量ｘ、
Ｒｕ添加量ｙと耐摩耗性（１２時間蒸着テープ走行後の
摩耗量）の関係を示す特性図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 林 和彦 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （Ｆｅ_a Ｍ_b Ｃｕ_c Ｒｕ_d ）_e Ｎ_f Ｏ_g
   （ただし、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇは組成を原子％
   で表し、ＭはＳｉ、Ａｌ、Ｔａ、Ｂ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓ
   ｒ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｖ、Ｗ、Ｈ
   ｆ、Ｇａ、Ｇｅ、希土類元素のうちの少なくとも１種を
   表す。）なる組成式で表され、その組成範囲が ０．１≦ｂ≦５ ０≦ｃ≦８ ０＜ｄ≦５ ０．２≦ｃ＋ｄ≦８ ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１００ ０．５≦ｆ≦１５ ０．１≦ｇ≦１３ ｅ＋ｆ＋ｇ＝１００ であることを特徴とする軟磁性薄膜。
2. 【請求項２】 組成式中のＭ_b がＭ^I _j Ｍ^II _k （ただ
   し、ｊ、ｋは組成を原子％で表し、Ｍ^I はＡｌ、Ｇａ、
   Ｔｉ、希土類のうちの少なくとも１種を、Ｍ^IIはＮｂ、
   Ｔａ、Ｖ、Ｚｒ、Ｈｆのうちの少なくとも１種を表
   す。）で表され、 ０．１≦ｊ≦２．５ ０．１≦ｋ≦２．５ であることを特徴とする請求項１記載の軟磁性薄膜。
3. 【請求項３】 Ｆｅ−Ｍ−Ｃｕ−Ｒｕ（（ただし、Ｍは
   Ｓｉ、Ａｌ、Ｔａ、Ｂ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｃｒ、Ｍ
   ｎ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｖ、Ｗ、Ｈｆ、Ｇａ、Ｇ
   ｅ、希土類元素のうちの少なくとも１種を表す。）合金
   ターゲットを用い、窒素及び酸素を導入した反応スパッ
   タにより成膜されてなる請求項１記載の軟磁性薄膜。
4. 【請求項４】 Ｆｅ−Ｍ^I −Ｍ^II−Ｃｕ−Ｒｕ（ただ
   し、Ｍ^I はＡｌ、Ｇａ、Ｔｉ、希土類のうちの少なくと
   も１種を、Ｍ^IIはＮｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｚｒ、Ｈｆのうちの
   少なくとも１種を表す。）合金ターゲットを用い、窒素
   及び酸素を導入した反応スパッタにより成膜されてなる
   請求項２記載の軟磁性薄膜。