JPS6380509A - 磁性超格子膜およびそれを用いた磁気ヘツド - Google Patents

磁性超格子膜およびそれを用いた磁気ヘツド

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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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は高飽和磁束密度で高比透磁率の両特性を兼ね備
えた磁性体膜に係り、更に詳しくは高保磁力の高密度磁
気記録用の媒体に対して優れた記録再生特性を示す磁気
ヘッドの磁極に好適な磁性超格子膜およびこれを用いた
磁気ヘッドに関する。
〔従来の技術〕
従来、磁気記録用磁気ヘッドの磁極を構成する磁性体膜
としてはＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉを主成分とする合金が使用さ
れ、飽和磁束密度１０ｋＧ以上、またはＦｅ−３ｉ系合
金では１８ｋＧ以上の飽和磁束密度をもち、高密度記録
用の磁気ヘッドの磁極材料として開発が進められている
（特開昭５９−１８２９３８号公報）。高密度記録のた
めには急峻な分布をなす磁界を得るため、磁気ヘッドの
磁極の先端部の厚さは０．５趨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、低保磁力の磁性体膜が必要になる。さ
らに、この部分の膜厚は薄いために磁気飽和を生ずるの
で、０．５−以下の膜厚のためには１５ｋＧ以上の高飽
和磁束密度と１０００以上の高比透磁率、１０ｅ以下の
低保磁力が必要とされている。
従来、磁性体膜は高周波スパッタリング法等で形成され
ており、磁性体膜の磁気特性はＦｅを主成分とした材料
を用いる場合は１５ｋＧ以上の高飽和磁束密度を有して
いた。しかしながら、その比透磁率は７００以下と低い
値を示しており、高飽和磁束密度、高比透磁率の両特性
を兼ね備えた磁性体膜を形成させることは極めて困難で
あった。
〔発明が解決しようとする問題点〕
従来技術においては、高周波スパッタリング法等で磁気
ヘッド用磁極の磁性体膜が形成されており、この方法で
形成した磁性体膜はかなり飽和磁束密度の高いものが得
られるが、比透磁率が低い値を示すので、高密度記録用
の磁気ヘッドとしては使用できないという問題があった
。
本発明の目的は、上述した従来技術の問題点を解消し、
高飽和磁束密度をもち、かつ高比透磁率を示す磁性体膜
を提供するものであり、さらには高保磁力の高密度磁気
記録用の媒体に対して優れた記録再生特性を示す垂直も
しくは面内記録用磁気ヘットの磁極に好適な磁性体膜お
よびこれを用いた薄膜磁気ヘッドを提供することにある
。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、Ｆｅ、ＣｏあるいはＮｉ等の元素の週期表■
に属する鉄族元素からなる金属もしくはこれらの元素を
主成分とする合金からなる高飽和磁束密度を有する磁性
膜と、該磁性膜を構成する上記鉄族元素からなる金属ま
たは合金に侵入型で固溶する２例えばＢ、Ｃ，Ｎ、Ｐ、
Ｓ等の単体元素もしくはこれらの元素を含む化合物から
なる中間層とを微細に１周期以上の複数層に積層させる
ことによって、飽和磁束密度が１５ｋＧ以上で、比透磁
率が１０００以上、保磁力が１０ｅ以下の磁性体膜であ
る磁性超格子膜を得ることを骨子とするものである。
本発明の磁性超格子膜は、高飽和磁束密度を有するＦｅ
、ＣｏまたはＮｉからなる単体の金属、またはこれらの
金属を少なくとも１種含有する合金。
もしくはこれらの金属を主成分とし、Ｃ，Ｓｉ。
Ｂ、Ｎ、Ｔｉ等の元素を含む合金等からなる磁性膜であ
ればよく、そして上記磁性膜に積層させる中間層は、磁
性膜を構成する上記金属または合金に侵入型で固溶する
９例えばＢ、Ｃ，Ｐ、Ｓ等のうちより選ばれる単体の元
素からなる薄膜もしくはＢ、Ｃ，Ｎ、Ｐ等のうちより選
ばれる少なくとも１種の元素を含む化合物からなる薄膜
であることが必要である。そして、積層させて形成した
磁性超格子膜の一周期の膜厚は２〜５００人、上記中間
層の膜厚は０．５〜５０人の範囲が好ましく、かつ中間
層の膜厚は磁性超格子膜の一周期の膜厚に対して２５％
以下とすることが望ましい。
そして２本発明の磁性超格子膜において、鉄族金属もし
くは合金からなる磁性膜とＢ、Ｃ，Ｎ。
Ｐ、Ｓ等からなる中間層とを１周期以上積層させた磁性
超格子膜の合計膜厚は、製作の対象とする磁気ヘッド等
の磁極の仕様によって大きく異なるものであり、その磁
極の厚さは９例えば約１０００人〜数十−程度と大きく
変化するので、特にその合計膜厚の上限については限定
するものではない。
〔作用〕
本発明者らは、金属膜の超格子は２種類の金属を原子層
のオーダーで積層させることにより９元の金属の性質と
異なる新しい性質をもつ新材料が形成されることが期待
される〔例えば、新庄、応用磁気学会研究会資料、　Ｐ
　Ｌ　、　４３−１　（１９８６）参照〕ことを知り、
鉄族元素と他の元素よりなる磁性体の超格子膜について
、イオンビームスパッタリング法を用いて種々検討を重
ねた結果２例えばＦｅを他の元素を介して積層させて超
格子膜を形成させると、その中には保磁力が減少する傾
向を示す材料があることを見い出した。この超格子膜の
断面を電子顕微鏡を用いて＊察すると、極めてａ察は困
難であったが、Ｆｅ膜の結晶粒が中間層によって切断さ
れ、柱状晶から微細な結晶粒に変化していることが確認
された。したがって、これらの超格子膜における保磁力
の減少の理由の１つはＦｅの結晶粒が微細化したことに
基づくものと推察される。
そして２本発明者らはこれらの超格子膜の比透磁率およ
び飽和磁束密度についても検討を加えたところ、保磁力
の減少に伴って比透磁率は増加する傾向を示すが、飽和
磁束密度は必ずしも増加せず、はとんどの超格子膜がＦ
ｅ単層の膜よりも大幅に低い値を示すことが明らかにな
った。更に。
本発明者らの詳細な検討の結果、超格子膜の飽和磁束密
度を減少させることなく、比透磁率を増加せしめること
の可能な中間層材料としては、　Ｆｅ。
Ｃｏ、Ｎｉなどの鉄族金属もしくはこれらを主成分とす
る合金中に浸入型で固溶するＢ、Ｎ、Ｃ，Ｐ。
Ｓ等の元素からなる材料が挙げられることが明らかにな
った。
鉄族金属もしくはこれらの合金に浸入型で固溶する元素
からなる中間層を用いた磁性超格子膜が飽和磁束密度を
低下させることなく、比透磁率を上げる理由は明確には
なっていないが、これらの元素には鉄族金属もしくは合
金の磁気モーメントを希釈することなく、結晶粒を微細
化する性質が備わっているものと推察される。
〔実施例〕
以下に本発明の一実施例を挙げ、更に詳細に説明する。
（実施例１） 磁性超格子膜の形成はイオンビームスパッタリング法に
よって行なった。イオンビームスパッタリング法では第
２図に示すように、第１イオンガン１から放出された加
速イオンが回転式のターゲットホルダ３に装填されたタ
ーゲツト材４をスパッタし、スパッタ粒子を基板ホルダ
７上に取付けられた基板８上に被着せしめる。このとき
、ターゲットホルダ３は所定の時間ごとに回転すること
により、ターゲットホルダ３の表裏に各１枚ずつ固定さ
れたターゲット材４，５がイオンによってスパッタされ
、基板８上には各スパッタ粒子が交互に被着するので薄
膜の積層が行なえる。なお。
本実施例では基板ホルダ７をイオン照射するための第２
イオンガン２も使用した。第２イオンガン２はスパッタ
リング直前の基板８のクリーニングの他、第１イオンガ
ン１によるスパッタリング中にも同時に基板８のイオン
照射を行なうことができ、スパッタ粒子を励起させるこ
とによって、基板８上に被着する膜の状態を制御するこ
とが可能である。
高飽和磁束密度、高比透磁率をもつ超格子膜を形成する
ための好ましいイオンビームスパッタリング条件は次の
とおりであった。
ターゲット表面　　・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・　Ｆｅ（純度９９．９％）ターゲット
裏面　　・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・　Ｃ（純度９９．９９％）第１イオンガン加速電
圧　　・・・・・・・・・・・・　１２００Ｖ第１イオ
ンガンイオン電流密度　・・・・・・　１．２ｍＡ／ｃ
ｍ２第２イオンガン加速電圧　・・・・・・・・・・・
・・・・　２００ｖ第２イオンガンイオン電流密度　・
・・・・・　０．１５ｍＡ／ａｍ”Ａｒ圧力　　　・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・　２．５Ｘ１０−”Ｐａ基板温度　　　・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・　７５℃基板回転数　　・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・　１１００ＲＰ以
上の条件でＦｅ膜およびＣ膜の形成速度を各々独立に測
定し、超格子膜を形成する際の膜厚を時間によって制御
した。このときの膜形成速度はＦｅが２．２人／ｓｅｅ
、　Ｃが０．７人／ｓｅｃであった。超格子膜の形成に
際しては、まず、第１イオンガンを運転開始してシャッ
タを閉じたままＦｅおよびＣターゲットのプリスパッタ
リングを行ない、ついで第２イオンガンを運転開始した
後シャッタを開けて超格子膜の形成を開始した６本実施
例では所定の時間が経過する毎にＦｅターゲットからＣ
ターゲット、ＣターゲットからＦｅターゲットへと回転
させることにより第１図に示す構造の磁性超格子膜を形
成させた。
得られた磁性超格子膜の５ＭＨｚにおける比透磁率μ′
および保磁力Ｈｃを第３図、飽和磁束密度Ｂｓを第４図
にまとめて示した。第３図から明らかなように、保磁力
は１周期の膜厚に対するＣ１層の膜厚の割合が増加する
にしたがって急激に減少し、これに伴って比透磁率が急
激に増加した。
比透磁率はＣ膜厚の割合がさらに増加すると減少する傾
向を示すが、保磁力の変化は認められなかった。一方、
飽和磁束密度は第４図から明らかなように、１周期の厚
さに対するＣ１層の膜厚が増加するにしたがって徐々に
減少する傾向を示すが。
１周期の膜厚に対するＣ膜厚の割合が２５％までは減少
度合が少なり、２５％を超えると減少度合が大きくなる
。
以上の結果において、Ｃの膜厚の割合を増加することに
よって飽和磁束密度が減少し、比透磁率が増加する理由
の１つはＦｅ単層膜で形成される柱状結晶がＣ膜の薄層
をはさむことによって分断され、実質的に結晶粒径が小
さくなったのと同様な効果を生じ、結晶異方性の分散を
減少させたものと推察される。また、飽和磁束密度が減
少する理由は非磁性材料のＣが挿入されるため膜全体に
対するＦｅの割合が減少し、磁気モーメントが希釈され
るからである。但し、Ｃ膜厚の割合が小さい場合は強磁
性のＦｅ−Ｃ合金が形成され、磁気モーメントの希釈が
生じないことが予想される。
以上の結果から、ａｌ気ヘッドの磁極材料として必要な
特性である比透磁率が１０００以上であり、かつ飽和磁
束密度が１８ｋＧ以上の特性を有する０１層の膜厚の割
合は１周期の厚さの１〜２５％になる。
そして、より好ましい０１層の膜厚の割合は、２〜２０
％である。ただし、磁性超格子膜を形成する磁性膜と中
間層を合わせた１周期の膜厚が２人未満になると飽和磁
束密度の減少が生ずること、また１周期の膜厚が５００
人を超えると比透磁率の減少が見られることから１周期
の厚さは２〜５００人が好ましい。また、中間層の膜厚
が０．５人未満になると比透磁率の低下が著しく、５０
人を超えると再び比透磁率の減少が生ずることから、中
間層の膜厚はＯＩ　Ｊ〜５０人が好ましい。
このようにして得られたＦ　Ｃ４８人、Ｃ２人からなる
磁性超格子膜をＸ線回折法で調べた結果、ｄ＝５０．５
人に相当する位置に回折線が検出され、超格子の形成が
確認された。また、　Ｆｅ９５人、Ｃ５人からなる超格
子膜をオージェ電子分光法によって分析した結果、Ｆｅ
とＣのオージェ電子強度が交互に増加し、超格子膜の存
在を示唆した。
（実施例２） 実施例１において、磁性膜の材料と膜厚、中間層の材料
と膜厚を第１表に示すように変えて、実施例１と同様の
検討を行なった。得られた磁性超格子膜の飽和磁束密度
Ｂｓ（ｋＧ）および５ＭＨｚにおける比透磁率μ′を第
１表に示す。第１表から明らかなごとく、全ての磁性超
格子膜が１９ｋＧ以上の飽和磁束密度を有し、　１５０
０以上の比透磁率を示した。
・以下余白 第　　１　　表 この結果は磁性膜がＦｅ単体以外にＦｅを主成分とする
材料でも良いこと、中間層の材料がＢ、Ｃ。
Ｎ、Ｐ、Ｓ等のＦｅに侵入型で固溶する元素もしくはこ
れらの侵入型で固溶する元素を含有する化合物であれば
良いことを示す。なお、第１表の中間層の材料としては
イオンビームスパッタリングを行なう際のターゲットの
材料を示したものであり、得られた超格子膜は第１表に
示す組成の膜が形成されていることを示すものではない
。
そして、上記の磁性超格子膜を磁気記録用の磁気ヘッド
主磁極に用いて記録特性を検討した。その結果、従来の
磁気記録密度の８０ｋＢＰＩ（キロビット／インチ）を
上まわる１００ｋＢ　Ｐ　Ｉ以上の記録密度を与える磁
気ヘッド主磁極になることを確認した。
以上の実施例においては磁性膜としてＦｅあるいはＦｅ
合金を用いたが、鉄族元素であるＧｏ。
Ｎｉまたはこれらを主成分とする合金の場合においても
本実施例と同様の効果が得られることを確認している。
〔発明の効果〕
以上詳細に説明したごと＜、Ｆｅ、ＣｏまたはＮｉの単
体金属もしくはこれらの元素を主成分とする合金からな
る磁性膜を、上記の金属または合金に侵入型で固溶する
元素を含有する中間層を介して微細に積層させることに
よって形成した磁性超格子膜は２例えば１８ｋＧ以上の
高飽和磁束密度で、　１５００以上の高比透磁率を有す
る優れた磁性体膜である。したがって９本発明による磁
性超格子膜を磁気記録用の磁気ヘッドの主磁極として用
いた場合に、　０．２，１７１１１程度の薄膜としても
磁気飽和を起こすことなく、磁極の先端に強い磁界を発
生させることができ、超高密度磁気記録を達成させるこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の実施例１において作製した磁性超格子
膜の断面構造を示す模式図、第２図は本発明の実施例に
おいて用いたイオンビームスパッタリング装置の構造を
示す模式図、第３図は磁性膜格子膜の比透磁率および保
磁力に与える磁性膜Ａ 格子膜の１周期の厚さに対するＣ膜厚の割合の影響を示
すグラフ、第４図は磁性超格子膜の１周期の厚さに対す
るＣ膜厚の割合の影響を示すグラフである。 １・・・第１イオンガン　　２・・・第２イオンガン３
・・・ターゲットホルダ　４，５・・・ターゲツト材６
・・・基板回転モータ　　７・・・基板ホルダ８・・・
基板　　　　　　　９，１０・・・Ａｒ導入管１１・・
・基板　　　　　　　１２・・・磁性膜（Ｆｅ膜）１３
・・・中間層（Ｃ膜） １４・・・磁性超格子膜（１周期） 代理人弁理士　　中　村　純之助 一 才１　図 １１−　基話 １２−騰は傾（Ｆ、膜） Ｉ３−盾級（Ｃ躾） １４−−−ｇ十ｚｉ＆ｇ’＞　　月％（＋ｆｆ１ａ）矛
２医 ７−−−基籾ホル７゛ ；ＩＦ３図 ｇ’ｒ由場謄め１ｈル３計ハＤＣ畢１１令ζ％）ヤ４関

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、Ｆｅ、ＣｏまたはＮｉの単体金属、もしくはＦｅ、
    Ｃｏ、Ｎｉのうちより選ばれる少なくとも１種の元素を
    主成分とする合金からなる磁性膜と、該磁性膜を構成す
    る上記金属または合金に、侵入型で固溶する元素群のう
    ちより選ばれる単体元素、もしくは上記元素群のうちよ
    り選ばれる少なくとも１種の元素を含む化合物からなる
    中間層とを１周期以上微細に積層したことを特徴とする
    磁性超格子膜。 ２、磁性膜は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちより選ばれる少
    なくとも１種の元素を主成分とし、Ｃ、Ｓｉ、Ｂ、Ｎ、
    Ｔｉのうちより選ばれる少なくとも１種の元素を含有す
    ることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の磁性
    超格子膜。 ３、磁性膜は、Ｆｅの単体金属またはＦｅを主成分とし
    、Ｃ、Ｓｉ、Ｂ、Ｎ、Ｔｉのうちより選ばれる少なくと
    も１種の元素を含有し、飽和磁束密度が１５ｋＧ以上で
    、比透磁率が１０００以上であることを特徴とする特許
    請求の範囲第１項に記載の磁性超格子膜。 ４、中間層は、Ｂ、Ｃ、Ｐ、Ｓのうちより選ばれる単体
    元素もしくはＢ、Ｃ、Ｎ、Ｐのうちより選ばれる少なく
    とも１種の元素を含む化合物からなることを特徴とする
    特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれか１項に記
    載の磁性超格子膜。 ５、磁性超格子膜を構成する磁性膜と中間層の１周期の
    膜厚が２〜５００Åの範囲であり、上記中間層の膜厚が
    ０．５〜５０Åの範囲であって、該中間層の膜厚が上記
    １周期の膜厚に対して１〜２５％の範囲内にあることを
    特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第４項のいずれ
    か１項に記載の磁性超格子膜。 ６、Ｆｅ、ＣｏまたはＮｉの単体金属、もしくはＦｅ、
    Ｃｏ、Ｎｉのうちより選ばれる少なくとも１種の元素を
    主成分とする合金からなる磁性膜と、該磁性膜を構成す
    る上記金属または合金に、侵入型で固溶する元素群のう
    ちより選ばれる単体元素、もしくは上記元素群のうちよ
    り選ばれる少なくとも１種の元素を含む化合物からなる
    中間層とを、１周期以上微細に積層させて形成した磁性
    超格子膜によって、磁気ヘッドの磁極の一部を構成した
    ことを特徴とする磁気ヘッド。
JP61223704A 1986-09-24 1986-09-24 磁性超格子膜およびそれを用いた磁気ヘツド Expired - Lifetime JP2533860B2 (ja)

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