JPH07283028A - 軟磁性薄膜、及び、それを用いた磁気ヘッド、磁気記録装置 - Google Patents
軟磁性薄膜、及び、それを用いた磁気ヘッド、磁気記録装置Info
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- JPH07283028A JPH07283028A JP7044594A JP7044594A JPH07283028A JP H07283028 A JPH07283028 A JP H07283028A JP 7044594 A JP7044594 A JP 7044594A JP 7044594 A JP7044594 A JP 7044594A JP H07283028 A JPH07283028 A JP H07283028A
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F10/00—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
- H01F10/08—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers
- H01F10/10—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers characterised by the composition
- H01F10/12—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers characterised by the composition being metals or alloys
- H01F10/13—Amorphous metallic alloys, e.g. glassy metals
- H01F10/132—Amorphous metallic alloys, e.g. glassy metals containing cobalt
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- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Magnetic Heads (AREA)
- Thin Magnetic Films (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】微結晶析出型の軟磁性薄膜と基板或いは表面層
を有する基板との界面近傍に結晶粒子成長を抑制する効
果がある制御層を設ける。 【効果】結晶粒子の成長が抑制され、高耐熱性を有する
軟磁性薄膜が得られ、MIG型ヘッドのガラスボンディ
ング等の高温での加工が可能になり、ヘッドの強度が増
す。また、磁性膜の耐食性が向上し、ヘッド寿命が改善
される。
を有する基板との界面近傍に結晶粒子成長を抑制する効
果がある制御層を設ける。 【効果】結晶粒子の成長が抑制され、高耐熱性を有する
軟磁性薄膜が得られ、MIG型ヘッドのガラスボンディ
ング等の高温での加工が可能になり、ヘッドの強度が増
す。また、磁性膜の耐食性が向上し、ヘッド寿命が改善
される。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、軟磁気特性を有する磁
性薄膜にかかり、特に、高性能でしかも高信頼性を有す
る軟磁性薄膜及び磁性膜の構造、さらにはそれを用いて
作製した磁気ヘッド、及び、磁気記録装置に関する。
性薄膜にかかり、特に、高性能でしかも高信頼性を有す
る軟磁性薄膜及び磁性膜の構造、さらにはそれを用いて
作製した磁気ヘッド、及び、磁気記録装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年の高度情報化社会の進展にともな
い、小型でしかも高密度な記憶装置へのニーズが高まっ
ている。この中で、磁気記録装置は高密度記録,ダウン
サイジングへの研究が急速に進められている。記録した
微小磁区を安定に存在させ、高密度記録を実現するため
に、高保磁力を有する媒体とこの媒体に記録できる高性
能な磁気ヘッドが必要となる。高保磁力媒体を十分に磁
化して信号を記録するには、強い磁界が発生できる高飽
和磁束密度を有する磁気ヘッド材料が必要となる。
い、小型でしかも高密度な記憶装置へのニーズが高まっ
ている。この中で、磁気記録装置は高密度記録,ダウン
サイジングへの研究が急速に進められている。記録した
微小磁区を安定に存在させ、高密度記録を実現するため
に、高保磁力を有する媒体とこの媒体に記録できる高性
能な磁気ヘッドが必要となる。高保磁力媒体を十分に磁
化して信号を記録するには、強い磁界が発生できる高飽
和磁束密度を有する磁気ヘッド材料が必要となる。
【0003】現在、提案されている高飽和磁束密度を有
する材料は、Fe−C系やFe−N系等が知られてい
る。これらの材料は成膜後に熱処理を行い、微結晶化す
ることにより軟磁気特性を発現させている。しかし、こ
れらの材料を磁気ヘッドに用い、特に、メタル・イン・
ギャップ(MIG)型ヘッドを構成する場合、ヘッド作
製工程に熱処理過程を含むために、熱安定性の確保が必
要である。熱処理温度は、ヘッド作製工程の中でガラス
ボンディング時の温度で決定される。そのため、磁性膜
は一定温度以上の熱安定性を有していなければならな
い。
する材料は、Fe−C系やFe−N系等が知られてい
る。これらの材料は成膜後に熱処理を行い、微結晶化す
ることにより軟磁気特性を発現させている。しかし、こ
れらの材料を磁気ヘッドに用い、特に、メタル・イン・
ギャップ(MIG)型ヘッドを構成する場合、ヘッド作
製工程に熱処理過程を含むために、熱安定性の確保が必
要である。熱処理温度は、ヘッド作製工程の中でガラス
ボンディング時の温度で決定される。そのため、磁性膜
は一定温度以上の熱安定性を有していなければならな
い。
【0004】また、Fe−C系やFe−N系等の材料
は、Feを主体としているために、大気中の酸素や水と
反応して水酸化物や酸化物を生成し、磁気特性、特に、
保磁力や飽和磁束密度の変動を生じるために、磁気ヘッ
ドの性能が低下する場合があった。そこで、この材料を
用いた磁気ヘッドを実用化するのに当り、これら磁気特
性の変動を抑制することも課題であった。これらの課題
を解決するために、磁性元素以外に、耐食性を向上させ
るための元素を添加することが提案されている。その公
知な例として、特開平3−20444 号公報をあげることが
できる。
は、Feを主体としているために、大気中の酸素や水と
反応して水酸化物や酸化物を生成し、磁気特性、特に、
保磁力や飽和磁束密度の変動を生じるために、磁気ヘッ
ドの性能が低下する場合があった。そこで、この材料を
用いた磁気ヘッドを実用化するのに当り、これら磁気特
性の変動を抑制することも課題であった。これらの課題
を解決するために、磁性元素以外に、耐食性を向上させ
るための元素を添加することが提案されている。その公
知な例として、特開平3−20444 号公報をあげることが
できる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】例えば、軟磁性膜を用
いてMIG型ヘッドを構成すると、ガラス等の接着剤を
用いたボンディング工程が含まれるため、磁性膜はこの
工程を経ても軟磁気特性の劣化が抑制されていること
が、実用上必要である。しかし、上記の公知例では、こ
の点の配慮が必ずしも十分になされていなかった。さら
に、Fe−C系やFe−N系等に代表される鉄族−半金
属系の磁性材料は、この他に、耐食性が実用上十分な耐
性を有しておらず、磁気特性の確保と耐食性の確保の両
方を同時に満足しなければならない。
いてMIG型ヘッドを構成すると、ガラス等の接着剤を
用いたボンディング工程が含まれるため、磁性膜はこの
工程を経ても軟磁気特性の劣化が抑制されていること
が、実用上必要である。しかし、上記の公知例では、こ
の点の配慮が必ずしも十分になされていなかった。さら
に、Fe−C系やFe−N系等に代表される鉄族−半金
属系の磁性材料は、この他に、耐食性が実用上十分な耐
性を有しておらず、磁気特性の確保と耐食性の確保の両
方を同時に満足しなければならない。
【0006】上記の公知例は、添加元素の最適化を行う
ことにより、磁気特性と耐食性の向上を両立させようと
するものであった。しかし、耐食性を確保しようとする
と、磁気特性、特に、飽和磁束密度及び保磁力が劣化
し、磁気ヘッドの性能を低下させてしまう。その結果、
このヘッドを用いた磁気記録装置により磁気記録を行う
と、エラーやノイズを生じる場合があった。また、磁気
特性を確保しようとすると、環境中の水や酸素に対する
耐性が必ずしも十分ではなく、磁性膜の腐食により磁気
特性が変動するので、エラーやノイズを生じる場合があ
った。
ことにより、磁気特性と耐食性の向上を両立させようと
するものであった。しかし、耐食性を確保しようとする
と、磁気特性、特に、飽和磁束密度及び保磁力が劣化
し、磁気ヘッドの性能を低下させてしまう。その結果、
このヘッドを用いた磁気記録装置により磁気記録を行う
と、エラーやノイズを生じる場合があった。また、磁気
特性を確保しようとすると、環境中の水や酸素に対する
耐性が必ずしも十分ではなく、磁性膜の腐食により磁気
特性が変動するので、エラーやノイズを生じる場合があ
った。
【0007】本発明の目的は、高飽和磁束密度を有する
鉄族元素、特に、Fe或いはCoを主体とする軟磁気特
性を有する磁性膜において、熱安定性に優れ、しかも、
軟磁気特性及び耐食性に優れた磁性材料を提供すること
にある。本発明の第二の目的は、高飽和磁束密度を有す
る磁性材料を磁性膜に用いた高性能磁気ヘッドを提供す
ることにある。さらに、本発明の第三の目的は、この高
性能磁気ヘッドを用いた磁気記録装置を構成することに
より、記録密度の向上が図れ、高性能磁気記録装置を提
供することにある。本発明の第四の目的は、高飽和磁束
密度を有する鉄族元素を主体とする軟磁気特性を有する
磁性膜において、高信頼性及び高性能を有する軟磁性
膜、及びそれを用いた磁気ヘッド,磁気記録装置を提供
することにある。
鉄族元素、特に、Fe或いはCoを主体とする軟磁気特
性を有する磁性膜において、熱安定性に優れ、しかも、
軟磁気特性及び耐食性に優れた磁性材料を提供すること
にある。本発明の第二の目的は、高飽和磁束密度を有す
る磁性材料を磁性膜に用いた高性能磁気ヘッドを提供す
ることにある。さらに、本発明の第三の目的は、この高
性能磁気ヘッドを用いた磁気記録装置を構成することに
より、記録密度の向上が図れ、高性能磁気記録装置を提
供することにある。本発明の第四の目的は、高飽和磁束
密度を有する鉄族元素を主体とする軟磁気特性を有する
磁性膜において、高信頼性及び高性能を有する軟磁性
膜、及びそれを用いた磁気ヘッド,磁気記録装置を提供
することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を実現するため
に、結晶性を有する基板上に軟磁気特性を有する金属薄
膜を形成する場合において、その基板上に非晶質の薄膜
を一定の膜厚に形成した後に、その磁性薄膜の形成を行
う。ここで、この薄膜の膜厚が、3nm以上、50nm
以下であることが好ましい。さらに重要なことは、その
磁性膜を形成した後の軟磁気特性を発現させるための熱
処理により、先に形成した非晶質薄膜がそれに続いて形
成する磁性薄膜と反応もしくは磁性薄膜中へ拡散しない
ことが好ましい。
に、結晶性を有する基板上に軟磁気特性を有する金属薄
膜を形成する場合において、その基板上に非晶質の薄膜
を一定の膜厚に形成した後に、その磁性薄膜の形成を行
う。ここで、この薄膜の膜厚が、3nm以上、50nm
以下であることが好ましい。さらに重要なことは、その
磁性膜を形成した後の軟磁気特性を発現させるための熱
処理により、先に形成した非晶質薄膜がそれに続いて形
成する磁性薄膜と反応もしくは磁性薄膜中へ拡散しない
ことが好ましい。
【0009】上記非晶質の薄膜は、スパッタにより形成
される磁性膜の結晶成長反応、特に磁性膜の両界面或い
はいずれか一方の界面に形成される柱状組織の成長反応
を抑制する効果を有する材料および膜厚であることが望
ましい。柱状組織が形成されると、軟磁気特性、特に、
保磁力が増大し、磁気ヘッド用の材料には適さなくな
る。これは、軟磁気特性、特に、保磁力特性の劣化が、
軟磁性薄膜の析出してくる微結晶サイズが一定サイズ以
上になっているために生じるからである。
される磁性膜の結晶成長反応、特に磁性膜の両界面或い
はいずれか一方の界面に形成される柱状組織の成長反応
を抑制する効果を有する材料および膜厚であることが望
ましい。柱状組織が形成されると、軟磁気特性、特に、
保磁力が増大し、磁気ヘッド用の材料には適さなくな
る。これは、軟磁気特性、特に、保磁力特性の劣化が、
軟磁性薄膜の析出してくる微結晶サイズが一定サイズ以
上になっているために生じるからである。
【0010】結晶性の基板上に形成する非晶質の薄膜と
しては、金属或いは合金であり、さらに優位には、金属
がCr,Al,Ni,Zr,Ti,Ta,Nb,Coの
内より選ばれる少なくとも1種類の元素或いはその合金
を用いることが好ましい。合金として有効なのは、例え
ば、アモルファスのCo−Ta−Zr系,Co−Nb−
Zr系がその一例である。上記基板上に形成する非晶質
の薄膜として、金属材料以外では、無機の化合物であ
り、さらに優位には、無機の化合物が窒化シリコン,酸
化シリコン,窒化アルミニウム,酸化クロム,窒化チタ
ン,窒化タンタル,酸化チタン,酸化タンタル,酸化ア
ルミニウムの内より選ばれる少なくとも1種類の化合物
を用いてもよい。特に、これらの材料の場合、磁性膜中
への拡散が起こりにくく、かつ、結晶核になるものが少
ないので、柱状組織が形成されにくい。
しては、金属或いは合金であり、さらに優位には、金属
がCr,Al,Ni,Zr,Ti,Ta,Nb,Coの
内より選ばれる少なくとも1種類の元素或いはその合金
を用いることが好ましい。合金として有効なのは、例え
ば、アモルファスのCo−Ta−Zr系,Co−Nb−
Zr系がその一例である。上記基板上に形成する非晶質
の薄膜として、金属材料以外では、無機の化合物であ
り、さらに優位には、無機の化合物が窒化シリコン,酸
化シリコン,窒化アルミニウム,酸化クロム,窒化チタ
ン,窒化タンタル,酸化チタン,酸化タンタル,酸化ア
ルミニウムの内より選ばれる少なくとも1種類の化合物
を用いてもよい。特に、これらの材料の場合、磁性膜中
への拡散が起こりにくく、かつ、結晶核になるものが少
ないので、柱状組織が形成されにくい。
【0011】軟磁気特性を有する金属薄膜の具体的な材
料として、Fe或いはCoに、Taを5at%から20
at%の濃度範囲で、Si,B,C,Nの内から選ばれ
る少なくとも1種類の元素を1at%から20at%の
濃度範囲で含む元素を主体として、この磁性膜にAl,
Ti,Cr,Nb,Ru,Rh,Pt,Pd,Mo,W
の内から選ばれる少なくとも1種類の元素を1at%以
上、20at%以下の濃度で添加した材料が好適であ
る。ここで、軟磁性膜に添加する元素として、炭素との
反応の自由エネルギが異なりかつFeへの固溶率が異な
る複数種類の元素を含む合金薄膜を加熱処理を行い微結
晶を析出させ、結晶粒界に炭素との反応の自由エネルギ
が大きく、しかもFeへの固溶率が小さい元素を析出さ
せ、炭素との反応の自由エネルギが小さくしかもFeへ
の固溶率が大きい方の元素をFe微結晶相中に合金とし
て存在していることが好ましい。
料として、Fe或いはCoに、Taを5at%から20
at%の濃度範囲で、Si,B,C,Nの内から選ばれ
る少なくとも1種類の元素を1at%から20at%の
濃度範囲で含む元素を主体として、この磁性膜にAl,
Ti,Cr,Nb,Ru,Rh,Pt,Pd,Mo,W
の内から選ばれる少なくとも1種類の元素を1at%以
上、20at%以下の濃度で添加した材料が好適であ
る。ここで、軟磁性膜に添加する元素として、炭素との
反応の自由エネルギが異なりかつFeへの固溶率が異な
る複数種類の元素を含む合金薄膜を加熱処理を行い微結
晶を析出させ、結晶粒界に炭素との反応の自由エネルギ
が大きく、しかもFeへの固溶率が小さい元素を析出さ
せ、炭素との反応の自由エネルギが小さくしかもFeへ
の固溶率が大きい方の元素をFe微結晶相中に合金とし
て存在していることが好ましい。
【0012】これらの軟磁性薄膜を熱処理することによ
りα−Fe相および/またはこのFeとの間で金属間化
合物、および/または金属の炭化物,窒化物、或いは硼
素化物の内から選ばれる少なくとも一つの化合物相から
なる微結晶薄膜を形成する。この場合、重要なのは、少
なくとも700℃で熱処理した後の軟磁性薄膜の各相の
結晶粒径が、α−Fe相或いはFeとの間の金属間化合
物が1nm以上,20nm以下であり、金属の炭化物,
窒化物、或いは硼素化物の内から選ばれる少なくとも一
つの化合物相が1nm以上,10nm以下であることが
好ましい。さらに、結晶配向性の変化や微結晶化するこ
とが好ましく、α−Fe相が最大で10nm,TaC層
が5nm以下であることがさらに好ましい。
りα−Fe相および/またはこのFeとの間で金属間化
合物、および/または金属の炭化物,窒化物、或いは硼
素化物の内から選ばれる少なくとも一つの化合物相から
なる微結晶薄膜を形成する。この場合、重要なのは、少
なくとも700℃で熱処理した後の軟磁性薄膜の各相の
結晶粒径が、α−Fe相或いはFeとの間の金属間化合
物が1nm以上,20nm以下であり、金属の炭化物,
窒化物、或いは硼素化物の内から選ばれる少なくとも一
つの化合物相が1nm以上,10nm以下であることが
好ましい。さらに、結晶配向性の変化や微結晶化するこ
とが好ましく、α−Fe相が最大で10nm,TaC層
が5nm以下であることがさらに好ましい。
【0013】この軟磁性薄膜を磁気ヘッドの磁性膜とし
て用いることが好適である。さらに、その磁気ヘッド
が、メタル・イン・ギャップ型であることが最も好まし
い。さらに、この磁気ヘッドを用いて磁気記録装置を構
成することが好ましい。そして、この装置を用いて情報
の記録を行い、さらに好ましくは、その情報が画像情報
や音声情報であることが有効である。そして、記録は移
動する情報記録媒体へ先の磁気ヘッドを用いて磁気的性
質により情報を記録する。用いる移動する情報記録媒体
として、基板と平行方向或いは垂直方向に磁化容易軸を
有するいずれの磁気記録媒体を用いてもよい。
て用いることが好適である。さらに、その磁気ヘッド
が、メタル・イン・ギャップ型であることが最も好まし
い。さらに、この磁気ヘッドを用いて磁気記録装置を構
成することが好ましい。そして、この装置を用いて情報
の記録を行い、さらに好ましくは、その情報が画像情報
や音声情報であることが有効である。そして、記録は移
動する情報記録媒体へ先の磁気ヘッドを用いて磁気的性
質により情報を記録する。用いる移動する情報記録媒体
として、基板と平行方向或いは垂直方向に磁化容易軸を
有するいずれの磁気記録媒体を用いてもよい。
【0014】
【作用】上記手段によれば、結晶性基板上に非晶質薄膜
を形成した後に磁性膜を作製することにより、磁性膜形
成時及び軟磁気特性を発現させるための熱処理を行うこ
とにともなう微結晶析出反応により形成される柱状組織
の生成あるいはその成長を抑制できる。これは、結晶性
基板上に非晶質薄膜を形成することにより、磁性膜形成
時(通常は、膜形成初期に結晶層が形成される)及びそ
の後の微結晶析出反応時に成膜する基板表面の結晶化の
核となる点の存在が著しく少ないので、柱状組織の発生
及び成長が抑制されることによる。これにより、結晶成
長反応が抑制できるので、磁性膜の耐熱性を向上させる
ことができる。このような作用は、結晶性基板上に非晶
質膜を形成すればよく、材料的には金属及び無機化合物
のいずれでも良く、特に、拡散しにくい無機化合物の方
が好適である。
を形成した後に磁性膜を作製することにより、磁性膜形
成時及び軟磁気特性を発現させるための熱処理を行うこ
とにともなう微結晶析出反応により形成される柱状組織
の生成あるいはその成長を抑制できる。これは、結晶性
基板上に非晶質薄膜を形成することにより、磁性膜形成
時(通常は、膜形成初期に結晶層が形成される)及びそ
の後の微結晶析出反応時に成膜する基板表面の結晶化の
核となる点の存在が著しく少ないので、柱状組織の発生
及び成長が抑制されることによる。これにより、結晶成
長反応が抑制できるので、磁性膜の耐熱性を向上させる
ことができる。このような作用は、結晶性基板上に非晶
質膜を形成すればよく、材料的には金属及び無機化合物
のいずれでも良く、特に、拡散しにくい無機化合物の方
が好適である。
【0015】
(実施例1)本実施例は、軟磁性薄膜としてFeTaC
CrNb合金膜を用いた例である。磁性膜の作製は、フ
ェライト単結晶基板上にSi3N4膜を10Å〜500Å
と膜厚を変化させて形成した。それに引き続きFeTa
CCrNb軟磁性薄膜を用いた。磁性膜の成膜にはスパ
ッタ法を用いて行った。スパッタのターゲットには、F
e,Ta,C,Nb,Crの各元素の粉体を熱間静圧プ
レス法(HIP法)により成型したものを用いた。この
ターゲット中の不純物酸素濃度は400ppm 以下であっ
た。ターゲットの組成はFe73Ta7C8Cr7Nb5で、
薄膜化しても得られた膜の組成は、ターゲットとほとん
ど変わらなかった。その時の磁性膜の各特性は、飽和磁
束密度が1.5T,保磁力が0.2Oe,1MHzにおけ
る透磁率が3000以上であり、かつ、磁歪定数が7×
10-7であった。基板上に、先の合金ターゲットを用
い、放電ガスにArをそれぞれ用いてスパッタした。ス
パッタの条件は、放電ガス圧力:5mTorr,投入RF電
力:400Wである。これらのスパッタ条件は、スパッ
タ装置等に依存したもので、これらの値に限定されるも
のではない。このようにして形成した磁性膜の膜厚は5
μmである。
CrNb合金膜を用いた例である。磁性膜の作製は、フ
ェライト単結晶基板上にSi3N4膜を10Å〜500Å
と膜厚を変化させて形成した。それに引き続きFeTa
CCrNb軟磁性薄膜を用いた。磁性膜の成膜にはスパ
ッタ法を用いて行った。スパッタのターゲットには、F
e,Ta,C,Nb,Crの各元素の粉体を熱間静圧プ
レス法(HIP法)により成型したものを用いた。この
ターゲット中の不純物酸素濃度は400ppm 以下であっ
た。ターゲットの組成はFe73Ta7C8Cr7Nb5で、
薄膜化しても得られた膜の組成は、ターゲットとほとん
ど変わらなかった。その時の磁性膜の各特性は、飽和磁
束密度が1.5T,保磁力が0.2Oe,1MHzにおけ
る透磁率が3000以上であり、かつ、磁歪定数が7×
10-7であった。基板上に、先の合金ターゲットを用
い、放電ガスにArをそれぞれ用いてスパッタした。ス
パッタの条件は、放電ガス圧力:5mTorr,投入RF電
力:400Wである。これらのスパッタ条件は、スパッ
タ装置等に依存したもので、これらの値に限定されるも
のではない。このようにして形成した磁性膜の膜厚は5
μmである。
【0016】この磁性膜を各種温度で熱処理したときの
保磁力の熱処理温度依存性を図1に示す。ここで、保磁
力の変化は、磁性膜の結晶粒サイズを反映しているから
である。500℃から700℃まで熱処理しても、この
FeTaCCrNb合金膜の保磁力は熱処理温度に依存
しないことがわかる。
保磁力の熱処理温度依存性を図1に示す。ここで、保磁
力の変化は、磁性膜の結晶粒サイズを反映しているから
である。500℃から700℃まで熱処理しても、この
FeTaCCrNb合金膜の保磁力は熱処理温度に依存
しないことがわかる。
【0017】また、窒化シリコン膜の膜厚依存性を調べ
ると、図2に示すように、30Å以上の膜厚では保磁力
はほぼ一定であり、500Å以上の膜厚にすると、基板
から磁性膜が剥がれた。この結果から、有効な非晶質層
の膜厚は、30Åから500Åの間である。熱処理を行
うと、成膜直後の非晶質膜が結晶化することにより、軟
磁気特性が発現する。ここで、700℃で熱処理した軟
磁性膜を透過型電子顕微鏡により膜構造を観察したとこ
ろ、Fe相の結晶サイズは8nmから16nmの間で、
平均10nmであった。また、TaC相の結晶サイズは
4nmから6nmの間であった。X線回折の結果から、格
子定数を求めたところFe相はα−Feより大きいこと
から、FeCrNb合金,FeNb合金もしくはFeC
r合金等の合金であると考えられ、固溶体を形成してい
ることがわかる。また、この磁性膜の断面構造を透過型
電子顕微鏡により観察したところ、結晶性基板上に磁性
膜を直接形成すると、柱状組織の部分が基板と磁性膜と
の界面に存在していた。これに対して、窒化シリコン層
を30Å以上の膜厚で設けると柱状組織の層は存在して
いなかった。
ると、図2に示すように、30Å以上の膜厚では保磁力
はほぼ一定であり、500Å以上の膜厚にすると、基板
から磁性膜が剥がれた。この結果から、有効な非晶質層
の膜厚は、30Åから500Åの間である。熱処理を行
うと、成膜直後の非晶質膜が結晶化することにより、軟
磁気特性が発現する。ここで、700℃で熱処理した軟
磁性膜を透過型電子顕微鏡により膜構造を観察したとこ
ろ、Fe相の結晶サイズは8nmから16nmの間で、
平均10nmであった。また、TaC相の結晶サイズは
4nmから6nmの間であった。X線回折の結果から、格
子定数を求めたところFe相はα−Feより大きいこと
から、FeCrNb合金,FeNb合金もしくはFeC
r合金等の合金であると考えられ、固溶体を形成してい
ることがわかる。また、この磁性膜の断面構造を透過型
電子顕微鏡により観察したところ、結晶性基板上に磁性
膜を直接形成すると、柱状組織の部分が基板と磁性膜と
の界面に存在していた。これに対して、窒化シリコン層
を30Å以上の膜厚で設けると柱状組織の層は存在して
いなかった。
【0018】700℃で熱処理した磁性膜を0.5 規定
塩化ナトリウム水溶液中に500時間浸漬させた。その
結果、目視観察では腐食の発生はまったく見られなかっ
た。また、500時間浸漬した後、磁気特性を測定した
結果、成膜直後の特性となんら違いは見られなかった。
また、80℃で95%RH環境中へこの磁性膜を2000時
間以上放置したが、腐食の発生や磁気特性の変化は見ら
れなかった。このように、析出させた時の結晶粒のサイ
ズが大きいと、腐食を受けやすかった。このように、微
結晶析出反応を制御すること(結晶粒子サイズ或いはF
e,TaCの2層分離させること)により、高耐食性を
有する磁性膜を得ることができた。
塩化ナトリウム水溶液中に500時間浸漬させた。その
結果、目視観察では腐食の発生はまったく見られなかっ
た。また、500時間浸漬した後、磁気特性を測定した
結果、成膜直後の特性となんら違いは見られなかった。
また、80℃で95%RH環境中へこの磁性膜を2000時
間以上放置したが、腐食の発生や磁気特性の変化は見ら
れなかった。このように、析出させた時の結晶粒のサイ
ズが大きいと、腐食を受けやすかった。このように、微
結晶析出反応を制御すること(結晶粒子サイズ或いはF
e,TaCの2層分離させること)により、高耐食性を
有する磁性膜を得ることができた。
【0019】この膜を用いて、MIG(メタルインギャ
ップ)型ヘッドを作製した。その斜視図を図3に示す。
磁気ヘッドの作製はこの軟磁性薄膜1を単結晶のフェラ
イト基板2上に窒化シリコン膜を50Åを介して形成し
た。ギャップ部3は、先のフェライト基板2上に形成し
た軟磁性薄膜1上に、SiO2 を200nmの膜厚に形
成した後にCrを100nmの膜厚に形成した。これを
窒素気流中にて600℃で1時間熱処理し、同一形状の
ヘッド基板を低融点ガラス4によりボンディングした。
ここで、熱処理温度は、このガラスボンディング工程に
おける温度に支配される。基板と磁性膜の間に両者の接
着性の向上のための接合層を設けても良い。
ップ)型ヘッドを作製した。その斜視図を図3に示す。
磁気ヘッドの作製はこの軟磁性薄膜1を単結晶のフェラ
イト基板2上に窒化シリコン膜を50Åを介して形成し
た。ギャップ部3は、先のフェライト基板2上に形成し
た軟磁性薄膜1上に、SiO2 を200nmの膜厚に形
成した後にCrを100nmの膜厚に形成した。これを
窒素気流中にて600℃で1時間熱処理し、同一形状の
ヘッド基板を低融点ガラス4によりボンディングした。
ここで、熱処理温度は、このガラスボンディング工程に
おける温度に支配される。基板と磁性膜の間に両者の接
着性の向上のための接合層を設けても良い。
【0020】この磁気ヘッドを用いて、VTR装置を作
製し、テープを走行させ画像情報を記録した。ハイビジ
ョンのディジタル情報を記録したところ、S/Nは40
dBであった。ここで、相対速度は36m/s,データ
レートは46.1Mbps ,トラック幅は40μmである。
製し、テープを走行させ画像情報を記録した。ハイビジ
ョンのディジタル情報を記録したところ、S/Nは40
dBであった。ここで、相対速度は36m/s,データ
レートは46.1Mbps ,トラック幅は40μmである。
【0021】このヘッドの耐食性を0.5 規定塩化ナト
リウム水溶液中への浸漬試験法、及び、高温高湿度環境
(60℃、相対湿度:95%)中での結露試験法により
評価した。まず、先のヘッドチップを0.5 規定塩化ナ
トリウム水溶液中へ1000時間浸漬させた。その後
に、このヘッドを再び装置にセットして記録再生特性を
測定した。その結果、浸漬前となんら記録再生特性に違
いは見られなかった。また、高温高湿度環境(60℃、
相対湿度:95%)中での結露試験法による評価は、先
のMIGヘッドをペルチェ素子上に固定して10℃に保
ち、これをペルチェ素子もろとも60℃、相対湿度:9
5%環境中へ放置した。ヘッド全体に、結露が生じた。
この状態で2000時間以上この環境中へ放置したが、
腐食の発生や記録や再生信号の劣化は見られなかった。
これまでVTR用の磁気ヘッドを例に説明してきたが、
本発明の効果は磁気ディスクやヘリカルスキャンを用い
た磁気テープ装置に対しても適用でき、装置等に左右さ
れるものではない。
リウム水溶液中への浸漬試験法、及び、高温高湿度環境
(60℃、相対湿度:95%)中での結露試験法により
評価した。まず、先のヘッドチップを0.5 規定塩化ナ
トリウム水溶液中へ1000時間浸漬させた。その後
に、このヘッドを再び装置にセットして記録再生特性を
測定した。その結果、浸漬前となんら記録再生特性に違
いは見られなかった。また、高温高湿度環境(60℃、
相対湿度:95%)中での結露試験法による評価は、先
のMIGヘッドをペルチェ素子上に固定して10℃に保
ち、これをペルチェ素子もろとも60℃、相対湿度:9
5%環境中へ放置した。ヘッド全体に、結露が生じた。
この状態で2000時間以上この環境中へ放置したが、
腐食の発生や記録や再生信号の劣化は見られなかった。
これまでVTR用の磁気ヘッドを例に説明してきたが、
本発明の効果は磁気ディスクやヘリカルスキャンを用い
た磁気テープ装置に対しても適用でき、装置等に左右さ
れるものではない。
【0022】また、以上は、FeTaCNbCr合金膜
を磁性膜に用いた場合であるが、本発明の効果は、この
材料系に限ることなく、少なくともC以外に、B,S
i,N等を用いた磁性膜を構成しても同様である。ま
た、熱安定性向上に加えて高性能な軟磁気特性を維持し
たまま磁性膜の耐食性向上を図ることができる。さら
に、添加する元素として、Nb,Cr以外にAl,T
i,Cr,Nb,Ru,Rh,Pt,Pd,Mo,Wの
内から選ばれる元素の1種類もしくは2種類を添加した
磁性膜においても同様の効果が得られる。ここで、C以
外のB,N,Si等を用いた場合でも、Cと同様にそれ
ぞれの化合物(硼素化物,珪素化物、或いは窒化物等)
を形成している。これらの添加元素の作用は、結晶粒界
に化合物として析出したり、および/または金属間化合
物などの合金を形成することにより結晶粒の成長が抑制
されるためと考えられる。
を磁性膜に用いた場合であるが、本発明の効果は、この
材料系に限ることなく、少なくともC以外に、B,S
i,N等を用いた磁性膜を構成しても同様である。ま
た、熱安定性向上に加えて高性能な軟磁気特性を維持し
たまま磁性膜の耐食性向上を図ることができる。さら
に、添加する元素として、Nb,Cr以外にAl,T
i,Cr,Nb,Ru,Rh,Pt,Pd,Mo,Wの
内から選ばれる元素の1種類もしくは2種類を添加した
磁性膜においても同様の効果が得られる。ここで、C以
外のB,N,Si等を用いた場合でも、Cと同様にそれ
ぞれの化合物(硼素化物,珪素化物、或いは窒化物等)
を形成している。これらの添加元素の作用は、結晶粒界
に化合物として析出したり、および/または金属間化合
物などの合金を形成することにより結晶粒の成長が抑制
されるためと考えられる。
【0023】さらに、磁性膜をCr,Al,Ni,Z
r,Ti,Ta,Nb,Coの内より選ばれる少なくと
も1種類の元素或いはその合金の膜を介して形成しても
良い。また、SiNx以外に非晶質の薄膜として、無機
の化合物であり、その無機の化合物として、酸化シリコ
ン,窒化アルミニウム,酸化クロム,窒化チタン,窒化
タンタル,酸化チタン,酸化タンタル,酸化アルミニウ
ムの内より選ばれる少なくとも1種類の化合物を用いて
も同様の効果が得られる。
r,Ti,Ta,Nb,Coの内より選ばれる少なくと
も1種類の元素或いはその合金の膜を介して形成しても
良い。また、SiNx以外に非晶質の薄膜として、無機
の化合物であり、その無機の化合物として、酸化シリコ
ン,窒化アルミニウム,酸化クロム,窒化チタン,窒化
タンタル,酸化チタン,酸化タンタル,酸化アルミニウ
ムの内より選ばれる少なくとも1種類の化合物を用いて
も同様の効果が得られる。
【0024】
【発明の効果】本発明によれば、微結晶析出型の軟磁性
薄膜において、磁性膜と基板或いは表面層を有する基板
との界面近傍に結晶粒子成長を抑制する効果がある制御
層を設けることにより、結晶粒子の成長が抑制される。
その結果、高耐熱性を有する軟磁性薄膜が得られ、MI
G型ヘッドの加工工程でも、ガラスボンディング等の高
温での加工が可能になり、ヘッドの強度が増すととも
に、高性能を有したままヘッドの信頼性向上をはかるこ
とができる。また、結晶粒子の成長の抑制,結晶配向性
の変化により、磁性膜の耐食性が向上し、ヘッド寿命が
改善される。
薄膜において、磁性膜と基板或いは表面層を有する基板
との界面近傍に結晶粒子成長を抑制する効果がある制御
層を設けることにより、結晶粒子の成長が抑制される。
その結果、高耐熱性を有する軟磁性薄膜が得られ、MI
G型ヘッドの加工工程でも、ガラスボンディング等の高
温での加工が可能になり、ヘッドの強度が増すととも
に、高性能を有したままヘッドの信頼性向上をはかるこ
とができる。また、結晶粒子の成長の抑制,結晶配向性
の変化により、磁性膜の耐食性が向上し、ヘッド寿命が
改善される。
【図1】熱処理温度と保磁力との関係を示す特性図。
【図2】非晶質層の厚さと保磁力との関係を示す特性
図。
図。
【図3】メタルインギャップ型磁気ヘッドの構造を示す
斜視図。
斜視図。
1…軟磁性薄膜、2…フェライト基板、3…ギャップ
部、4…低融点ガラス部。
部、4…低融点ガラス部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森脇 英稔 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内
Claims (16)
- 【請求項1】結晶性の基板上に非晶質薄膜を形成した後
に、熱処理を行うことにより軟磁気特性が発現する磁性
薄膜の形成を行い、優位には、前記非晶質薄膜の膜厚が
3nm以上50nm以下であることを特徴とする軟磁性薄
膜。 - 【請求項2】結晶性の基板上に非晶質薄膜を形成した後
に、熱処理を行うことにより軟磁気特性が発現する磁性
薄膜の形成により、熱処理による前記磁性薄膜の結晶成
長反応を制御したことを特徴とする軟磁性薄膜の製造方
法。 - 【請求項3】請求項2に記載の制御する結晶成長反応と
して、柱状組織の形成を抑制した軟磁性薄膜の製造方
法。 - 【請求項4】請求項1記載の基板上に形成する非晶質の
薄膜として、金属或いは合金であり、さらに優位には、
前記金属がCr,Al,Ni,Zr,Ti,Ta,N
b,Coの内より選ばれる少なくとも1種類の元素或い
はその合金からなる非晶質薄膜を用いた軟磁性薄膜。 - 【請求項5】請求項1記載の基板上に形成する非晶質の
薄膜として、無機の化合物であり、さらに優位には、前
記無機の化合物が窒化シリコン,酸化シリコン,窒化ア
ルミニウム,酸化クロム,窒化チタン,窒化タンタル,
酸化チタン,酸化タンタル,酸化アルミニウムの内より
選ばれる少なくとも1種類の化合物からなる非晶質薄膜
を用いた軟磁性薄膜。 - 【請求項6】請求項1記載の結晶性基板上に形成する非
晶質の薄膜の元素が、それに引き続き形成する熱処理を
行うことにより軟磁気特性が発現する磁性薄膜中へ拡散
しない軟磁性薄膜。 - 【請求項7】請求項1記載の少なくとも熱処理を行うこ
とにより軟磁気特性が発現する磁性膜として、Fe或い
はCoに、Taを5at%から20at%の濃度範囲
で、Si,B,C,Nの内から選ばれる少なくとも1種
類の元素を1at%から20at%の濃度範囲で含む元
素を主体として、前記磁性膜にAl,Ti,Cr,N
b,Ru,Rh,Pt,Pd,Mo,Wの内から選ばれ
る少なくとも1種類の元素を1at%以上で、20at
%以下の濃度で添加した軟磁性薄膜。 - 【請求項8】請求項7に記載の前記軟磁性膜に添加する
元素として、炭素との反応の自由エネルギが異なりFe
への固溶率が異なる複数種類の元素を含む合金薄膜を加
熱処理を行い微結晶を析出させ、結晶粒界に炭素との反
応の自由エネルギが大きく、Feへの固溶率が小さい元
素を析出させ、炭素との反応の自由エネルギが小さくF
eへの固溶率が大きい方の元素をFe微結晶相中に合金
として存在している軟磁性薄膜。 - 【請求項9】請求項1,2,3,4,5,6,7または
8に記載の軟磁性薄膜を700℃以上に加熱しても磁性
膜の有する軟磁気特性の劣化、特に保磁力の劣化が抑制
される軟磁性薄膜。 - 【請求項10】請求項1,2,3,4,5,6,7,8
または9に記載の磁性膜の形成に先立って作製する非晶
質層の膜厚が、3nm以上、30nm以下である軟磁性
薄膜。 - 【請求項11】請求項1,2,3,4,5,6,7,
8,9または10に記載の軟磁性薄膜において、少なく
とも700℃で熱処理しても、磁性膜の基板側の界面お
よび/またはその反対側の界面近傍に柱状の組織を有す
る部分の膜厚が少なくとも磁性膜の膜厚の5%以下であ
る軟磁性薄膜。 - 【請求項12】請求項1,2,3,4,5,6,7,
8,9,10または11に記載の軟磁性薄膜を用いた磁
気ヘッド。 - 【請求項13】請求項12に記載の磁気ヘッドが、メタ
ル・イン・ギャップ型である磁気ヘッド。 - 【請求項14】請求項12または13に記載の磁気ヘッ
ドを用いた磁気記録装置。 - 【請求項15】請求項12または13に記載の磁気ヘッ
ドを用いて磁気的性質により情報を記録した磁気記録装
置。 - 【請求項16】請求項14または15において、移動す
る情報記録媒体が基板と平行方向或いは垂直方向に磁化
容易軸を有する磁気記録媒体である磁気記録装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7044594A JPH07283028A (ja) | 1994-04-08 | 1994-04-08 | 軟磁性薄膜、及び、それを用いた磁気ヘッド、磁気記録装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7044594A JPH07283028A (ja) | 1994-04-08 | 1994-04-08 | 軟磁性薄膜、及び、それを用いた磁気ヘッド、磁気記録装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07283028A true JPH07283028A (ja) | 1995-10-27 |
Family
ID=13431710
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7044594A Pending JPH07283028A (ja) | 1994-04-08 | 1994-04-08 | 軟磁性薄膜、及び、それを用いた磁気ヘッド、磁気記録装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07283028A (ja) |
-
1994
- 1994-04-08 JP JP7044594A patent/JPH07283028A/ja active Pending
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