JPH0785452B2

JPH0785452B2 - 磁性体膜とその製造方法

Info

Publication number: JPH0785452B2
Application number: JP2104952A
Authority: JP
Inventors: 延行石綿; 千鶴子若林
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1990-04-20
Filing date: 1990-04-20
Publication date: 1995-09-13
Anticipated expiration: 2010-09-13
Also published as: JPH043905A; US5475554A; US5304258A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、時期ヘッドの関し、特にデジタルVTR,ハイビ
ジョンVTR等で要求される高密度磁気記録、再生に優れ
た特性を有する磁気ヘッドの磁気コア材及びその製造方
法に関する。

（従来の技術）従来、磁気ヘッドコア材としては、フェライト、パーマ
ロイ、センダスト、Co系アモルファス等が用いられて来
た。しかしながら、これらの材料は、飽和磁束密度Bs
が、フェライトで5kG程度、パーマロイで６〜8kG、セン
ダストで10kG程度、Co系アモルファスで8kG程度であ
り、高密度な磁気記録再生特性を向上させるためには、
Bsを増大させる必要があった。

これらに対し、最近FeMC（M:/Zr,Ti,Hf,Ta,Nb）なる組
成を持つ合金において、16kG程度の飽和磁束密度を有す
る、良好な軟磁性膜が報告されている。（信学技報MR89
−12（1989））（発明が解決しようとする課題）しかしながら、このFeMC系膜は、第一に炭素を多く含む
ためさび易い点、第二に硬度が低く摩耗し易い点、第三
に17kGを越えるBsを持つ良好な軟磁性膜は得られない
点、といった解決すべき問題点をかかえていた。磁気ヘ
ッド材料としては、高Bsはもちろんのこと、高硬度、高
耐蝕、及び、高耐熱が求められる。

これらを解決する目的で、FexMyNzなる組成から成るこ
とを特徴とし、Ｍは、Zr,Nb,Hf,Ta,Mo,Tiより成る群か
ら選択された少なくとも１種類の金属、Ｎはチッ素
（Ｎ）であって、x,y,zは原子パーセントを表わし、そ
れぞれ70.5ｘ84,7ｙ14,9ｚ15.5,x＋ｙ＋ｚ
＝100であることを特徴とする磁性体膜が提案されてい
る。このFeMN膜は前記組成範囲において、良好な軟磁気
特性を示し、かつ、同組成範囲でのBsは16〜18KGと大き
い。さらに、チッ素を多く含むことから、耐食性、硬度
においても、FeMC膜を上回っている。

ところで、FexMyNz膜の軟磁気特性の熱安定性は、500〜
550℃程度である。ビデオヘッド等に加工する際のガラ
ス溶着の品質及び歩留りを向上させるためには、この熱
安定性をさらに向上させることが必要である。これによ
り、高Bs、高硬度、高耐蝕、高耐熱といった、磁気ヘッ
ド材料に求められる特性が満たされる。

（課題を解決するための手段）本発明は上記のFexMyNzの軟磁気特性の熱安定性を改善
するためのものである。すなわち、（FexMyNz）aLbの組
成から成ることを特徴とする磁性体膜であり、ＭはZr,N
b,Hf,Ta,Mo,Tiより成る群から選択された少くとも１種
類の金属、ＬはCu及び／又はAgであり、x,y,z,a,bは原
子パーセント比を表わし、それぞれ70.5ｘ84,7ｙ
14,9ｚ15.5,x＋ｙ＋ｚ＝100,95１99.5,0.5
ｂ5,a＋ｂ＝100であり、かつFeMNとＬとが相分離して
いることを特徴とする磁性体膜である。さらにこの磁性
体膜の製造方法は、物理的気相成長法によって（Fe_xM_yN
_z）_aL_bの組成膜を成膜した後に、真空中、窒素ガス中、
不活性ガス中のいずれかの雰囲気中において500℃以上6
00℃以下の温度で熱処理をする工程を有することを特徴
とする。

この、x,y,zの組成を満たす時、Bsが16〜15kGである、
優れた軟磁性膜が得られ、さらに、Cu及び／又はAgを上
記範囲で添加することにより、結晶粒の微細化が促進さ
れ、特に軟磁気特性の熱安定性が向上する。これは、C
u,AgのFeとの相互作用パラメータが正であり、固溶度が
低く、分離する傾向があるため、加熱すると、Fe原子同
志、あるいはCu,Ag原子同志が寄せ集まり、組成やらぎ
が生じ、この時のCu,Ag原子の集合体がFeを主成分とす
る微結晶粒の成長を抑制するためと考えられる。Cu及び
／又はAgの含有量ｂは、0.5〜５原子％の範囲である。
0.5原子％より少ないとCuやAgの添加による結晶粒微細
化の効果が顕著でない、一方５原子％よりも多いとBs、
透磁率の低下をもたらし、好ましくない。特に好ましい
Cu及び／又はAgの含有量ｂは、0.5〜３原子％であり、
この範囲では、特に良好な軟磁性膜が得られ、かつ、軟
磁気特性の熱安定性も向上する。

本発明によるFeMNL膜は、スパッタ法、真空蒸着法等の
物理的気相成長法により成膜される。

成膜直後のFeMNL膜は、本発明組成内では、非晶質相を
含む構造であり、Bsは15kG以下である。これに適当な熱
処理を施すことにより膜全体が微結晶粒組織となり、軟
磁気特性が改善されるとともに、Bsも16〜18kGとなる。

熱処理は通常、真空中、チッ素ガス中、アルゴンガス等
の不活性ガス中にて行う。

熱処理温度及び時間は、膜厚及び組成により異なるが、
一般的に結晶化温度より高い500℃〜600℃で５分から24
時間程度が望ましい。

熱処理の際の昇温や冷却の条件は状況に応じて任意に変
えることができる。また同一温度または異なる温度で複
数回にわけて熱処理を行ったり、多段の熱処理パターン
で熱処理を行なうこともできる。更には、本合金は熱処
理を直流あるいは交流の磁場中で行なうこともできる。
磁場中熱処理により本合金に磁気異方性を生じさせるこ
とができる。本合金膜からなる磁心の磁路方向の磁場を
印加し熱処理した場合は、特に高角形比の特性が得ら
れ、磁路と垂直方向に磁場を印加し熱処理した場合は低
角形比で高透磁率の特性となる。

磁場は熱処理の間中かける必要はなく、本発明に係る合
金のキュリー温度Tcより低い温度だけ印加すれば十分効
果が得られる。本発明に係る合金のキュリー温度はスパ
ッタ成膜直後の非晶質的な場合より熱処理により形成さ
れる微結晶相のキュリー温度が上昇しており、非晶質相
のキュリー温度より高い温度でも磁場中熱処理が適用で
きる。また回転磁場中熱処理を熱処理工程の１部で行っ
ても良い。また熱処理を２段階以上で行うことができ
る。また、張力や圧縮力を加えながら熱処理を行ない磁
気特性を調整することもできる。

FeMNL膜の軟磁性発生原因は以下の様に考えられる。す
なわち、スパッタ法、蒸着法等の物理的気相成長法によ
り成膜されたFeMNL膜は上記の熱処理によりbccFe固有体
結晶粒が形成される。この時、同時にチッ素と化合物を
生成し易いＭ原子が選択的に窒化物を生成し、結晶粒の
成長を抑制する。結果として微結晶粒組織となり、良好
な軟磁性を示す。さらに、Cu,Agにより、前述の原因か
ら、軟磁気特性の熱安定性が向上する。微結晶粒組織が
良好な軟磁性を示すことは、信学技報MR89−12（1989）
などで、一般に知られている。

なお、O,P,S,H等の不可遊的不純物やCa,Sr,Ba,Mg等につ
いては所望の特性が劣化しない程度に含有しても本発明
合金と同一とみなすことができるのはもちろんである。

（実施例）スパッタ法により、結晶化ガラス基板上に２〜６μｍの
膜厚でいろいろな組成のFeMN膜を成膜した。Ｎはスパッ
タ中にN₂ガスを添加することにより供給した。スパッタ
成膜後、１×10^-5Torr以下の真空中500〜550℃で１時間
の熱処理を施した。第１図は、FeMN組成膜においてＭを
Taとした時の種々の組成での保磁力Hcである。Taが７〜
14at％で、かつ、Ｎが９〜15.1at％の領域でHcは１（O
e）以下となり良好な軟磁気特性を示した。

第２図は、FeMN組成膜において、ＭをTaとした時の種々
の組成での飽和磁束密度Bsを示す。第１図で良好な軟磁
気特性を示した領域でBsがおよそ16〜18kGと大きな値を
示した。

第３図に本発明によるFeTaN膜、従来例としてのFeZrC膜
の80℃90％RH雰囲気中での腐食（さび）によるBsの経時
変化を示す。FeZrC膜は、Ｃを含むことから、腐食が進
行し、1200時間経過後、Bsは約70％に減少した。それに
対し、FeTaN膜は、腐食を抑制するＮを含むことが原因
と思われるが、1200時間経過後もBsの減少は認められな
かった。

また、FeTaN膜のビッカース硬度Hvを測定したところ、H
v＝600〜800が得られ、従来のFeMCのHv400に比べ大き
く、また、センダスト並みの硬度を持つことが分かっ
た。これは、一般に知られている様に、Ｎによる効果と
考えられる。

Ｍとして、Ta以外のZr,Nb,Mo,Hf,Tiを用いた場合もTaと
同様な結果が得られる。これは、前述したとおり、Taと
同様に、Zr,Nb,Mu,Hf,Tiが活性であり、熱処理により、
膜中で選択的にＮと結び付き、膜がTaの場合と同様微結
晶組織化することからその磁気特性は説明される。

また、Ｎを含んでいることから、Taの場合と同様、耐食
性、硬度が向上したことも説明される。

次にスパッタ法により、FeMNCu,FeMNAg,FeMC（M:Ta,Zr,
Nb）なる成分から成る、各種の膜を膜厚２〜６μｍで結
晶化ガラス基板上に成膜後、１×10^-5Torr以下の真空
中、710Oeの回転磁界中（10rpm）にて500℃１時間の熱
処理を施し、Bs、保磁力Hc、透磁率μ（at10MHz）、ビ
ッカース硬度Hvを測定した。さらに、Hcが1Oeを越える
熱処理温度（保持時間１時間とした。）（軟磁性の耐熱
温度）及び、耐食性（80℃90％RHにて1000時間後のさび
発生の有無を評価した。結果は第１表のとおりである。
FeMNCu,FeMNAgは、Cu,Agを含まないFeMNに比べ、Bsは若
干減少するが軟磁気特性は同等であり、耐熱温度は上昇
した。また、FeMC（信学技報MR89−12）との比較におい
て、FeMN（Cu,Ag）は、軟磁気特性、Hv,耐食性の点で優
れていた。

Ｍとして、Ta,Zr,Nb以外のMo,Hf,Tiを用いた場合も同様
である。これは、前述のとおり、Mo,Hf,Tiが活性であ
り、熱処理により膜中で選択的にＮと結びつき、膜がT
a,Zr,Nb同様微結晶組織化することから、その磁気特性
は説明される。

また、Ｎを含んであることから、Ta,Zr,Nbの場合と同
様、耐食性、硬度が向上することも説明される。

（発明の効果）以上の通り、本発明により、従来より知られているFeMC
（ＭはTa,Nb,Zr,Hf,Ti）膜より優れた耐食性、高硬度を
持ち、かつ、熱安定にすぐれた良好な軟磁気特性を持っ
た磁気ヘッド磁気コア用の磁性体膜を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はFeMN（ＭはTa）膜の種々の組成でのHcの値を示
す図、第２図は、FeMN（ＭはTa）膜の種々の組成でのBs
の値を示す図、第３図は、80℃90％RH環境中にFeTaN膜F
eZrC膜を放置した時の、Bsの経時変化を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（Fe_xM_yN_z）_aL_bの組成からなることを特徴
とする磁性体膜であり、ＭはZr,Nb,Hf,Ta,Mo,Tiより成
る群から選択された少なくとも１種類の金属、ＬはCu及
び／又はAgであり、x,y,z,a,bは原子パーセントを表わ
し、それぞれ70.5≦ｘ≦84,7≦ｙ≦14,9≦ｚ≦15.5,x＋
ｙ＋ｚ＝100,95≦ａ≦99.5,0.5≦ｂ≦5,a＋ｂ＝100であ
り、かつFeMNとＬとが相分離していることを特徴とする
磁性体膜。
【請求項２】物理的気相成長法によって（Fe_xM_yN_z）_aL_b
の組成膜を成膜した後に、真空中、窒素ガス中、不活性
ガス中のいずれかの雰囲気中において500℃以上600℃以
下の温度で熱処理をする工程を有することを特徴とする
磁性体膜の製造方法。