JPS62158306A - 高密度鉄系磁性体膜およびその製造方法 - Google Patents

高密度鉄系磁性体膜およびその製造方法

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JPS62158306A
JPS62158306A JP26786A JP26786A JPS62158306A JP S62158306 A JPS62158306 A JP S62158306A JP 26786 A JP26786 A JP 26786A JP 26786 A JP26786 A JP 26786A JP S62158306 A JPS62158306 A JP S62158306A
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JP
Japan
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film
magnetic
iron
magnetic film
density
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JP26786A
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English (en)
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Toshio Kobayashi
俊雄 小林
Moichi Otomo
茂一 大友
Takayuki Kumasaka
登行 熊坂
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • 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
    • H01F10/131—Amorphous metallic alloys, e.g. glassy metals containing iron or nickel

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  • Power Engineering (AREA)
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  • Magnetic Heads (AREA)
  • Thin Magnetic Films (AREA)

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】 〔発明の利用分野〕 本発明は磁気ヘッド用コア材に係り、更に詳しくは、高
密度磁気記録に好適な性能を発揮する磁気ヘッドのコア
用高膜密度鉄系磁性膜に関する。
〔発明の背景〕
磁気記録の高密度化の進歩は目覚ましく、メタルテープ
の出現によって従来の酸化物テープの保持力600〜7
000eに対して1500〜20000 eのものが得
られるようになった。このような高保持力の磁気記録媒
体に十分記録させるためには、高飽和磁束密度を有する
磁気へラドコア用磁性体が必要とされる。このような磁
性材料としては、Fe、Co、Niを主成分とする合金
、Fe−3L系合金があり、前者は100OOG以上、
後者は約18000G以上の飽和磁束密度を持つので、
高記録密度用の磁気ヘッド材料として開発が進められて
いる(特開昭50−182!1138号公報参照)。
従来の磁気記録方法を第1図に示す。磁気記録媒体1は
非磁性基板2の上にパーマロイ等の高透磁率下地膜3を
介して、該膜面の垂直方向に磁化容易軸を有するGo−
Cr等からなる垂直磁化膜4が形成されたものである。
一方、磁気ヘッド5は非磁性または高透磁率の支持体7
上に高飽和磁束密度、高透磁率の磁性膜8を被着した主
磁極6および補助磁極9からなり、励磁用コイル10に
流れる信号電流により主磁極6を磁化し、その先端にの
びる磁極に発生する垂直磁界によって、磁気記録媒体1
の垂直磁化膜4に信号を記録する。したがって、急峻な
分布をする垂直磁界を得るためには、主磁極6を構成す
る磁性膜8の先端部の厚さは0.5−以下にする必要が
ある。この部分では磁束密度が高くなるので、高飽和磁
束密度で、かつ高透磁率の磁性薄膜が必要になる。しか
し、主磁極用磁性膜8が薄くなるために磁気飽和が生じ
るので、0.5−以下の膜厚に対して15000 G以
上の高飽和磁束密度が必要とされる。
このような高飽和磁束密度の磁性材料としては鉄を主成
分としたものが知られている。しかし、スパッタリング
、蒸着等の薄膜形成技術を用いて多結晶磁性薄膜を形成
させた場合に、膜面に垂直な柱状結晶構造ができ、柱状
結晶構造の境界で磁化を動きにくくシ、保持力を大きく
していることが生じるので、磁気ヘッド材料として満足
のゆく。
高飽和磁束密度、低保持力の磁性体膜が得られなかった
。
〔発明の目的〕
本発明の目的は高保持力記録媒体に対して優れた記録再
生特性を示す垂直磁気記録用磁気ヘッドに好適な磁性体
膜を提供することにあり、さらに、薄膜の主磁極で磁気
飽和を起すことなく、磁束が主磁極の先端部まで達し、
記録することができる高飽和磁束密度を持ち、低保持力
で高透磁率を有する磁性体膜を提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明は、従来の方法で形成された磁性体膜では得られ
なかった、飽和磁束密度が20000 G以上。
保持力が20e以下という高密度磁性体膜を、基板に平
行な面の粒径が50nm以下の結晶粒からなり、かつA
r、N2または0□の含有量が0.1〜10at%(原
子%)になるようにすることによって容易に得られるよ
うにしたものである。
本発明者らは高飽和磁束密度の鉄系磁性体膜を詳細に検
討した結果、スパッタ法等で形成した膜中には通常スパ
ッタガスに用いるAr等のガスが混入し、その含有量が
20〜40at%に達することが明らかになった。この
ガスは柱状結晶組織の結晶粒界に間隙を作って存在する
ため、磁性体膜が細分化され、磁化が動きにくくなるの
で、保持力が増大していた。磁性体膜中のスパッタガス
の含有量を減少させるためには、スパッタ時の基板温度
を上昇すればよいことが知られているが、基板温度を上
昇すれば結晶粒径も拡大し、再び磁化が動きにくくなる
ため、保持力の低減を図ることができなかった。
本発明者らは、新たに、結晶粒径を拡大することなく、
スパッタガスの磁性膜中への混入量を減少させる膜形成
方法を見出し、本発明を完成するに至った1本発明の膜
形成方法は、50℃以下の基板温度で、厚さ1〜100
nmの鉄系磁性体膜を形成した後、この膜上に引き続き
100℃以上、500℃以下の基板温度で、さらに所望
の厚さまで鉄系磁性体薄膜を形成するものである。この
方法によって作製した鉄系磁性体膜を電子顕微鏡によっ
て1i31察した結果、この磁性体膜においては、10
0℃以上で形成した第2層膜の結晶粒も、50℃以下・
で形成した第1層膜の結晶粒径を保ったまま表面まで成
長し、柱状結晶組織となっていることが確認された。こ
の時得られた膜中に含まれているスパッタガスの混入量
は100℃以上の基板温度で膜の主な部分を成長させて
いるため、大幅な減少が認められ、10at%以下とな
り、高密度膜が得られた。
本発明の磁性体膜はイオンビームスパッタ法。
高周波スパッタ法等の薄膜形成技術によって形成される
。好適な蒸着条件は、イオンビームスパッタ法において
は、スパッタ用イオンガンの加速電圧800〜1700
V、イオン電流密度0.5〜2 m A / al。
基板照射用イオンガンの加速電圧100〜500v、イ
オン電流密度0.1〜0.2mA/aJ、Ar等のスパ
ッタガス圧5 X 10−’ 〜5 X 10−’ T
orr、ただし、スパッタガスは、鉄−窒素系磁性体で
は窒素、鉄−酸素系磁性体では酸素を5〜35容量%だ
けArに混合したものを用いた。このような条件で作製
した高密度鉄系磁性体膜は純鉄の飽和磁束密度2200
0 Gとほぼ同程度の値を示し、保持力は純鉄の3〜1
00eに対して0.2〜20eと小さい値を示し、好適
な磁性体膜になる6 本発明の最初に形成する1〜100nIlの鉄系磁性体
膜の厚さは薄い程、全体の膜厚に占める割合が減少する
ので、低保持力の好ましい磁性体膜が得られるが、1止
以下になるともはや連続膜を得ることが困難になり、島
状に結晶が形成されるようになる。第1層が島状に形成
された膜の上にはもはや結晶粒径が50n+s以下の結
晶粒を成長させることは不可能になり、保持力の低い、
好ましい磁性体膜は得られない。逆に、1100nを超
える膜厚では、スパッタガスの含有量の多い、保持力の
大きい膜が占める割合が高くなり、好ましくない。
したがって、実用的な第1層の膜厚は1〜1100nで
ある。
また、この第1層を形成する時の基板温度は第1層の結
晶粒径によって決められるべきものであるが、本発明者
らの得た結果では50nm以下の結晶粒を得るためには
、はぼ50℃以下に基板温度を保つことが必要であった
。第1層を形成する際の基板温度が50℃以上に上昇し
た場合は、これに伴なって結晶粒の粗大化が生じ、粒径
が50nmを超えると、実質的に好ましい低保持力を持
った磁性体膜を得ることが困難になった。
本発明の磁性膜の第2層は第1層によって決められた粒
径を保ったまま成長し、スパッタガスの混入量のみが低
減される。スパッタガスの含有量はイオンガスの加速電
圧、イオン電流等によっても影響を受けるものであるが
、基板温度による変化が最も顕著である。すなわち、基
板温度の上昇とともにスパッタガスの含有量は単調に減
少し。
100℃以上では鉄系磁性体膜中のガス含有量は10a
t%以下になる。このような磁性体膜の保持力はスパッ
タガスが20〜40at%混入した従来の方法で形成し
た膜に比較して大幅な保持力の減少が認められ、好適な
磁性体膜になる。
なお、通常の高周波スパッタ法では基板がプラズマにさ
らされるため、基板減度は50℃以上に上昇するのが常
である。このためスパッタガスの含有量が10at%以
下の磁性膜は容易に形成されるが。
その結晶粒径は50nm以上となり好適な磁性膜を得る
ことは困難である。しかし、高周波スパッタ法でも基板
温度を十分低く保つことにより、イオンスパッタ法の場
合と同様に、本発明の目的に好適な磁性膜を得ることが
できる。
〔発明の実施例〕
以下本発明を実施例により詳しく説明する。
磁性体膜の形成はイオンビームスパッタ法によって行な
った。高密度鉄系磁性体膜を形成するための諸条件およ
び得られた磁性体膜の特性は以下のとおりであった。
実施例 1゜ 以下、純鉄膜の場合について示す。
ターゲット・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・Fe (99,9%純度)スパッタ用イオンガ
ン加速電圧・・・・・・・・・・・・l100Vスパツ
タ用イオンガンイオン電流密度 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・0.8mA/a#基板照射用イオンガン加速
電圧・・・・・・・・・・・・200 V基板照射用イ
オンガンイオン電流密度 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・0.15mA/aJArガス圧・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・1.4 
X 10−’ Torr第1層形成時基板温度・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・室 温第2
層形成時基板温度・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・250 ’にこで、第1層の膜厚は5n
m、第2層の膜厚は0.8−とした、以下の実施例でも
同様にした。
この条件で得られた高密度純鉄膜の磁気特性は、従来法
で得た純鉄膜の飽和磁束密度22000 Gとほぼ同じ
、 22100Gの値を示したが、保持力は大幅に減少
し、従来の3〜100eから0 、60 eに向上し、
磁気へラドコア材料としては好適な膜になった。
実施例 2゜ つぎに、高密度鉄−″!l素系磁性体膜の膜形成条件を
示す。
ターゲット・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・Fe (99,9純度)スパッタ用イオ
ンガン加速電圧・・・・・・・・・・・・l100Vス
パツタ用イオンガンイオン電流密度 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・1.OmA/ffl基板照射用イオンガン加
速電圧・・・・・・・・・・・・200v基板照射用イ
オンガンイオン電流密度 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・0.17mA/ad(Ar+N、) lA合
ガス圧=−−−−−1,4X 10−’ TorrN2
濃度・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・35容量%第1層形
成時基板温度・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・室 温第2層形成時基板温度・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・180’にの条件
で得られた高密度鉄−窒素系磁性体膜の磁気特性は飽和
磁束密度23500 G、保持力0.400であった。
実施例 3゜ つぎに高密度鉄−酸素系磁性体膜を作製した。
膜形成条件は上記鉄−窒素系磁性体膜の場合とスパッタ
ガスを除いて同様であった。スパッタガスは(A r+
02)混合ガス、ガス圧は1.4X10−’T orr
、02濃度15容量%である。これらの条件で得られた
高密度鉄−酸素系磁性体膜の磁気特性は飽和磁束密度2
2500 G、保持力0 、80 eであった。
実施例 4゜ 第2図は上記実施例と同様な方法で第1層膜の膜厚;第
1層、第2層膜形成時の基板温度を変えた時の磁性体膜
の結晶粒径、気体含有量及び保持力の変化を示す図表で
ある。同図には比較のために従来法で作成した同種磁性
膜の特性変化も併せて示した。また、第3図には上記実
施例と同様な方法で形成した鉄を主成分とする磁性体膜
に関する他の実施例を示す。
同図から明らかなように、従来法で得た磁性体膜は結晶
粒径が50nm以下の場合は気体含有量が約25〜30
at%と多く、気体含有量が10at%以下の磁性体膜
は結晶粒径が50na+以上になり、低い保持力を示す
ことはなかった。
これに対して、本発明の方法で形成した磁性体膜は気体
含有量、結晶粒径ともに減少しており。
このような磁性体膜は低い保持力を示し、高密度磁気記
録用へラドコア材として好適であった。なお、上記気体
含有量は質量分析計を用いた加熱放出ガス分析法によっ
て測定した。
以上述べた本発明による高密度鉄系磁性体膜を垂直記録
用磁気ヘッドの主磁極に用いた磁気記録ヘッドは従来の
磁気記録ヘッドの記録密度70KBPI  (キロビッ
ト/インチ)を上まわる100KBPI以上の記録密度
を与えた。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明による高密度鉄系磁性体膜
は、200000以上の高飽和磁束密度と20e以下の
低保持力を示す優れた磁気ヘッドのコア材として適用で
きる。したがって、本発明による磁性体膜を垂直磁気記
録の磁気ヘッドの主磁極膜として用いた場合、膜厚0.
2gm程度の薄膜にしても磁気飽和を起こすことなく、
磁極の先端に強い磁束を発生させることができ、超高密
度磁気記録を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は垂直磁気記録用磁気ヘッドおよび磁気記録媒体
の構成を示す説明図、第2図は本発明の方法による高密
度磁性体膜と従来法による磁性体膜の特性を示す図表、
第3図は鉄を主成分とする磁性体膜の特性を示す図表で
ある。 第1図において、 1・・・磁気記録媒体   2・・・非磁性基板3・・
・高透磁率下地膜  4・・・爪面磁化膜5・・・磁気
ヘッド    6・・・主磁極7・・・支持体

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、被着された基板と平行な面の粒径が50nm以下の
    結晶粒から主に構成され、かつ、気体の含有量が0.1
    〜10at%である鉄を主成分とする膜からなることを
    特徴とする高密度鉄系磁性体膜。 2、特許請求の範囲第1項記載の鉄系磁性体膜において
    、前記気体がアルゴン、アルゴンと窒素またはアルゴン
    と酸素であることを特徴とする高密度鉄系磁性体膜。 3、アルゴン、アルゴンと窒素またはアルゴンと酸素を
    スパッタガスとするスパッタ法を用い、所定基板上に鉄
    を主成分とする膜を形成する場合に、50℃以下の基板
    温度で厚さ1〜100nmの第1層鉄系膜を形成した後
    、引続き100℃以上の基板温度で前記第1層鉄系膜の
    上に所定厚さの第2層鉄系膜を形成することを特徴とす
    る高密度鉄系磁性体膜の製造方法。
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