JPS6055601A - 軟磁性薄膜 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は軟磁性薄膜に関するものである。

最近の磁気記録の高密度化に伴い、軟磁性薄膜は日増し
にその重要性を増している。しかしながら、軟磁性薄膜
は軟磁性材料としての一般的な問題点の他に、その形状
が薄膜である事に起因する多くの問題点を持っている。

それらは根本的には、軟磁性体の磁化過程において最も
重要である磁壁の移動度および磁壁の発生の問題に帰着
されるものである。具体的には、軟磁性材料について一
般的な １）大きな磁気異方性 ２）大きな磁歪 ３）構造の結晶的、磁気的な欠陥 等、そして薄膜である事に起因するものとして４）基板
との物理的な結合 ５）表面、界面の凹凸 ６）磁区構造がバルクの場合と異なる。

等がある。これらは薄膜の場合、より効果的に磁壁の移
動を阻害するため、軟磁性膜の軟磁気特性の改善はバル
ク材料に比べて困難なものとなっている。

さて物質の軟磁気特性を云々する際、その測定条件と言
うものは非常に重要になる。と言うのは物質の磁気特性
は非常に非線型的な部分が多く、例えばある状況ではＡ
はＢより優れているが、別の状況ではそれが逆になると
言う事は容易に起こり得る事である。そのため物質の磁
気特性はその使用環境と同じ状況で云々しなければ意味
がない。またこれは一つの材料が複数の状況で使用され
る場合、その全ての状況において優れた材料を開発する
事が困難である事をも示している。

上述の磁気特性の測定条件による変化について最も大き
な要因は周波数と磁束密度である。例として３％８１−
　Ｆ　ｅと５０％Ｎ　ｉ　−Ｆ　ｅの場合を第１図、第
２図に示す。第１図はロスの周波数依存性であり、第２
図は磁束密度に対する依存性である。図より明らかなよ
うに、ある点においてロスの大小、つまり軟磁気特性の
良否が逆転しているのがわかる。

さて変圧器等に使用される軟磁性体は概して、一定周波
数、一定磁束密度で使用されるため、使用条件としては
比較的単純である。しかし磁気記録に使用される軟磁性
体は、例えば磁気ヘッドを例にとれば、書き込み時には
非常に大室な磁束密度で使用され、逆に読み出し時には
非常に小さな磁束密度で使用される事になり、使用状況
は２つの極端な面をもつ事になる。そのためその両方の
特性に優れた材料の開発は非常に困難なものとなる。

現在磁気記録用軟磁性薄膜材料として研究されているも
のは大別して、結晶質材料とアモルファス状材料に二分
する事ができる。我々はこの二者の開発、研究の過程に
おいてそれらが相補的な磁気特性を持つ事を見出した。

本発明はこの二者を積層する事により、総体として広範
囲の使用状況において優れた軟磁性薄膜を実現するもの
であるさて我々が見出した事実を第３図、第４図に例示
する。第３図は読み出し特性のパラメータであると考え
られる初透磁率）Ｊｉの周波数依存性を示したものであ
る。また第４図は書き込み特性のパラメータであると考
えられる最大透磁率μｍ１ＬＸの周波数依存性を示した
ものである。いずれも縦軸は相対目盛である。試料はい
ずれもパイレックスガラス上にスパッタ法で形成したも
ので、厚さは１μ餌である。この例ではアモルファスの
特性の代表的なものとしてＯｏ　−Ｚ　ｒ　−Ｎ　ｂを
、また結晶質の代表的なものとしてセンダストの例を示
したが、他の物質の場合も同様の傾向を示す。図より明
らかなように、高密度磁気記録において使用される周波
数、（〜ＭＨｇｌ）においてμｍはアモルファスが圧倒
的に優れているが、μｍａＸについては結晶質が優れて
いる事がわかる。この特性は我々が調査したアモルファ
ス、結晶質材料について普遍的に見出される現象である
ので、これはアモルファス膜、結晶質膜の根本に係る現
象であると考えられる。以下にそれについての一考察を
示さてμｍとμｘｎａｘの両方が大きく材料が軟磁性材
料の一つの理想である事は確かである。ところが我々の
実験において数１００ＫＨｚから数ＭＨｓｓと言う周ｒ
ＩｊＬ数帯において、μｍの大きなものはμｍａＸが小
さく、逆にμＷａＸの大きなものはμｍが小さいと言う
結果しか得られなかった。これはμｍとμｍａｘが両立
し難いと言う基本的な原理が存在し、かつアモルファス
と結晶質では逆の効果を示すのではないかと言う事を示
唆するものである。そこで何がμｍとμｍａｘの大きさ
を決定する要因であるかを考えてみる。端的に言ってそ
の要因とは、μｍについては磁壁の移動のしやすさであ
り、そしてμｍ１ＬＸについては逆磁区の形成のしやす
さであると言う事ができる。そして更にその根本にある
ものは磁壁の厚さであると言う事ができる。ｆｆ１ｌ＆
ｉの厚さδは単純に言りて次のように表わされる。

δｏｃＰイ ここでムは交換定数、Ｋは異方性定数である。

また磁壁の易動度をσとすれば、σは移動速度をυ、外
部磁場をＨとして　Ｖ＝σＨと定義される。またσは先
述のＡとＫを用いて と表わされる。従って上の二式より明らかなように σ　■　δ つまり磁壁の易動度はＷＢ壁の厚さに比例すると言う事
になる。

また逆磁区に関して言えば、磁壁の厚さが厚いほど逆磁
区は形成されにくくなると言える。

それは一般に逆磁区の形成に際しては磁性材料中の欠陥
や不純物の周囲に形成されるスパイク磁区等、その形成
の茅となるものが必要である。しかしそれら欠陥や不純
物の大きさに分布がある場合、磁壁の厚さに比例したあ
る大きさ以下のものについては、その周囲にスパイク磁
区が発生し得ないために、逆磁区形成の茅となる事がで
きない。

そのため、磁壁の厚さが厚くなると、逆磁区形成に際し
ての有効な茅の数が減る。そのために、磁壁の厚さδが
厚くなると逆磁区が形成されにくくなる。

さて上記の二つの事から、アモルファス。結晶質のμｍ
１μｍａｘ特性がどのように説明されるかを考えてみる
。まず、アモルファスと結晶質との大きな差は、その構
造に起因する異方性にの大きさの差にあると言える。軟
磁性材料は本来、小さなＫをもつが薄膜はその製造方法
から見てその組成の微視的、巨視的な変動が起こりやす
い。巨視的な変動については種々の多元系合金膜におい
て、その組成が数％の程度で変動する事が現実に観測さ
れる。また微視的な変動については、形成される膜の多
くは柱状の構造を示し、その界面と内＆１ＳＩＩ？：お
いて、やはり数％程度の組成変動が観測される。従って
薄膜状態には本来そのような組成変動が存在する事を踏
まえて考えなければならない。そのため巨視的には等方
的であるように見えても、結晶質軟磁性材料の薄膜は微
視的には組成変動による大きなＫを持つと考えられる。

しかし、構造上異方性が発生しにくいアモルファス軟磁
性材料においては、上記の組成変動を考慮してもなお小
さなＫを持つと考えられる。この結晶質材料の局所的に
は大きなＫと、アモルファス材料の小さなＫが磁壁の厚
さの差となりこの二種類の材料の特徴的なμｍＩμｍ＆
Ｘの特性を決定していると考えられる。先に示したよう
に磁壁の厚さδはＪ′に７ＫＶＣ比例する。ここで交換
定数ムは大まかに言ってキュリ一温度に比例する量であ
り、結晶とアモルファスとでは大差がない。従って結晶
質とアモルファスとのＫの差により、結晶質軟磁性材料
はアモルファス軟磁性材料に比して薄い磁壁をもち、逆
にアモルファスは厚い磁壁をもつ事になる。つまり先に
議論したように、アモルファスの厚い磁壁は易動度は大
きいが゛逆磁区は形成されにくい。また結晶質材料の相
対的に薄い磁壁は易動度は小さいが逆磁区は形成されや
すい。従って磁壁の易動度の大きさに依存するμｍはア
モルファスが良く、結晶質が悪い。逆に逆磁区形成の容
易さに依存するμｍａｘは、結晶質が良く、アモルファ
スが悪い事になる。

上記の考察は、結晶質とアモルファスの構造の差により
磁壁の厚さに差ができ、それがこの二種の物質の特徴的
なμｍとμｍａｘの大きさを決定し。

ていると考えた。磁壁の厚さと言う量は直接的には測定
しに（い量であるが、上記の考察を支持するデータとし
て第５図を示す。縦軸は磁壁の数を横軸は磁束密度を示
す。試料は■、■がアモルファスで■Ｏｏ−１１’　ｅ
−８１−］ｊ、■Ｆ　ｅ　−Ｎ　ｉ　−８１−Ｂである
。■は結晶質で３％８１−　Ｆ　ｅである。図より明ら
かであるようにアモルファスはいずれも、磁束密度を大
きくしても磁壁数は増加していず、つまり逆磁区が形成
されにくい事を示している。以上の考察から薄膜軟磁性
材料には薄膜特有の問題が存在し、そのためμｍ特性と
μｍａｘ特性とは両立し難い事が明らかとなった。

本発明はアモルファス軟磁性膜と結晶質軟磁性膜を積層
する事により、それぞれ単独の膜では実現し得ない、大
きなμｍ９μｍａ！特性を得るものである。

本発明によるμｍ１μｍａ！特性の例をそれぞれ第６図
、第７＠に示す。縦軸はそれぞれ任意目盛であり横軸は
周波数を示す。試料は１μ鍋のｃ。

−ｚ　ｒ　−Ｎ　ｂ　ｆｉｇの上に、１μ愼のセンダス
ト膜をスパッタ法で形成したものである。第３図、第４
図とを比較すれば明らかなように、μｍ１μｍａＸのい
ずれもが良い特性を示している。

上記の例はアモルファス、結晶質を各一層積層した例で
あるが、それを更に複数回積層した構造も可能である。

また、磁性膜の表面状Ｍによっては積層した膜間に相互
作用が働き磁気特性を悪化させる場合もあるので、各々
の磁性層の間に非磁性層を設けた構造も可能である。

【図面の簡単な説明】

８１図は磁性体のロスの周波数依存性を示す。 縦軸はロスを、横軸は周波数を示す。 第２図は磁性体のロスの磁束密度依存性を示す。縦軸は
ロスを、横軸は磁束密度である。 第３図、第４図はそれぞれアモルファスと結晶質軟磁性
材料の初透磁率μと最大透磁率μｍａＸの周波数依存性
を示す。縦軸は、第３図はμｍ、第４図はμｍｆＬＸで
それぞれ任意目盛であり、横軸はそれぞれ周波数である
。 第５図はアモルファス■Ｏｏ　−Ｆ　ａ　−Ｂ　ｉ　−
Ｂ、■Ｆ　ｅ　−Ｎ　ｉ　−Ｂ　ｉ　−Ｂ　、および結
晶質軟磁性材料、■！１％Ｂ　ｉ　−Ｆ　ｅの磁壁数の
磁束密度依存性を示す。縦軸は磁壁数５を、横軸は磁束
密度である。 第６図、第７図は本発明による一つの実施例として、ア
モルファスＯｏ　−Ｚ　ｒ　−Ｎ　ｂ膜ト結晶であるセ
ンダストを積層した膜のμｍ１μｍａｘの周波数依存性
を示す。縦軸は第６図はμｍ、第７図はμｍａｘであり
、それぞれ任意目盛である。また横軸は周波数である。 以　上 出願人　株式会社諏訪精工舎 代理人　弁理士　最上　務 （１’／、Ａ″）　ＪＬ （４−の１ 予（？ｌｚ） ／ρ２　／ρイ　ｌσ′ Ｂ　４丁） ｆｒＣＨＸ） 第４図 １０２／θ４　／θ６ ’ｒｃ）−１ｙｒン 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　結晶質軟磁性薄膜とアモルファス軟磁性薄膜とを
   、それぞれ一層以上積層した事を特徴とする軟磁性薄膜
   。 ２　磁性膜の間に非磁性層を設けた事を特徴とする特許
   請求の範囲第１項に記載の軟磁性薄膜。