DE3586404T2

DE3586404T2 - Magnetischer duenner film.

Info

Publication number: DE3586404T2
Application number: DE8585104637T
Authority: DE
Inventors: Tomio Kobayashi; Makoto Kubota; Tatsuo Kumura; Muneyuki Ogata; Kazushi Yamauchi
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1984-04-18
Filing date: 1985-04-17
Publication date: 1993-03-11
Anticipated expiration: 2005-04-18
Also published as: DE3586404D1; EP0159028A3; CA1255890A; EP0159028A2; KR930002396B1; KR850007510A; JPS60220914A; EP0159028B1; US4671828A

Description

Hintergrund der Erfindung

1. Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen magnetischen Dünnfilm, der im wesentlichen aus Fe, Al und Si besteht und ebenso Sauerstoff enthält.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Bei magnetischen Aufzeichnungsvorrichtungen, wie etwa beispielsweise Videobandrekordern, (VTRs), werden Untersuchungen angestellt, um die Aufzeichnungsdichte und die Frequenz der Aufzeichnungssignale zu erhöhen. Um mit der Tendenz einer hohen Aufzeichnungsdichte Schritt zu halten, werden sogenannte Metallpulverbänder, bei denen Pulver der ferromagnetischen Metalle, wie etwa Fe, Co oder Ni, als magnetische Pulver angewandt werden oder sogenannte Aufdampfmetallbänder, bei denen das ferromagnetische Metallmaterial auf den Grundfilmen abgeschieden wird, ebenso als magnetisches Aufzeichnungsmedium verwendet. Aufgrund der hohen Koerzitivkraft Hc dieses magnetischen Aufzeichnungsmediums ist es ebenso erforderlich, daß die Kopfmaterialien des Magnetkopfes sowohl für die Aufzeichnung als auch für die Wiedergabe eine hohe Sättigungsmagnetflußdichte Bs aufweisen. Beispielsweise besitzt das häufig verwendete Ferritmaterial eine geringe Sättigungsmagnetflußdichte Bs wohingegen Permalloy Probleme bezüglich der Abriebbeständigkeit ergibt.
Andererseits werden, um mit der oben beschriebenen Tendenz zur hochdichten Aufzeichnung Schritt zu halten, ebenso Untersuchungen angestellt zur Reduzierung der Spurweite der Magnetmuster auf dem magnetischen Aufzeichnungsmedium, wobei es erforderlich ist, daß die Magnetköpfe entsprechend eng in der Spurweite sind.
Es ist vorgeschlagen worden, einen Magnetkopf vom sogenannten Komposit-Typ zu verwenden, bei dem Isolationsfilme und magnetische Dünnfilme, die anschließend als Magnetkern verwendet werden sollen, abwechselnd auf ein nichtmagnetisches Substrat, wie etwa ein keramisches Substrat, aufgebracht werden, um so als Spurteile eingesetzt zu werden. Weiterhin ist es vorgeschlagen worden, einen sogenannten Dünnfilmkopf zu verwenden, bei dem der magnetische Dünnfilm und die elektrisch leitfähigen Dünnfilme mit Zwischenschichten dünner Isolationsfilme abgeschieden werden, um eine Mehrschichtstruktur vorzusehen. Die allgemeine Aufmerksamkeit richtet sich somit auf einen Sendust-Legierungs-Dünnfilm, der im wesentlichen aus Fe, Al und Si besteht, als magnetische Dünnfilme, welche in Magnetköpfen eingesetzt werden.
Aufgrund seiner hohen Sättigungsmagnetflußdichte Bs und relativ hohen Härte kann der Sendust-Legierungs-Dünnfilm auf den Magnetaufzeichnungskopf aufgebracht werden, welcher die Signale auf dem magnetischen Aufzeichnungsmedium mit hoher Koerzitivkraft, wie etwa dem vorher genannten Metallpulverband, aufzeichnen kann.
Während der Sendust-Legierungs-Dünnfilm zwar eine relative hohe Härte aufweist, ist er jedoch beispielsweise Ferrit hinsichtlich der Abriebbeständigkeit unterlegen, und da es sich um ein metallisches Material handelt, rostet es relativ leicht.
In diesem Zusammenhang wurden Verfahren entwickelt, bei denen Elemente aus Ti, Cr oder Nb oder der Platingruppe dem Sendust-Legierungs-Dünnfilm neben den Hauptkomponenten, das heißt Fe, Al und Si, zugegeben werden, um das Auftreten von Rost zu verhindern und die Härte und Abriebbeständigkeit zu erhöhen.
Es hat sich jedoch gezeigt daß die Zugabe der vorhergenannten Elemente eine Verringerung der Sättigungsmagnetflußdichte Bs des Sendust-Legierungs- Dünnfilms bewirken kann. Gemäß unseren Versuchen beträgt die Sättigungsmagnetflußdichte des Sendust-Legierungs-Dünnfilms ohne die vorhergenannten Additive ca. 11000 Gauss, wohingegen die Sättigungsmagnetflußdichte des Sendust-Legierungs-Dünnfilms, welcher diese Additive enthält, ca. 9000 Gauss beträgt. Eine solche Verringerung der Sättigungsmagnetflußdichte Bs ist bei einem magnetischen Aufzeichnungsmedium mit hoher Koerzitivkraft Hc, wie etwa dem Metallpulverband, ungünstig.
Wenn weiterhin ein Metallmaterial, wie der Sendust-Legierungs-Dünnfilm für den Kern des Magnetkopfes verwendet wird, ergibt sich der Nachteil, daß die magnetische Permeabilität im Hochfrequenzbereich aufgrund des Wirbelstromverlustes herabgesetzt wird, so daß daher eine ausreichende Reproduktionsleistung im Hochfrequenzbereich nicht erzielt wird.
Ebenso ist es vorgeschlagen worden, den Sendust-Legierungs-Dünnfilm durch nichtkristalline magnetische Legierungen (sogenannte amorphe magnetische Legierungen) zu ersetzen, welche eine hohe Sättigungsmagnetflußdichte Bs aufweisen und nicht im Hochfrequenzbereich hinsichtlich der magnetischen Permeabilität beeinträchtigt werden. Diese nichtkristallinen magnetischen Legierungen sind jedoch bei hohen Temperaturen instabil und unterliegen hinsichtlich der magnetischen Permeabilität aufgrund einer verlängerten Erwärmung oder Erwärmungszyklen einem beträchtlichen Abbau mit einer daraus resultierenden verringerten Reproduktionswirksamkeit. Insbesondere können diese Materialien nicht einer Temperatur von über 500ºC über einen längeren Zeitraum ausgesetzt werden, da die Materialien unter diesen Bedingungen kristallisieren können.
Es ist daher nicht bevorzugt, die amorphen magnetischen Legierungen zur Herstellung von Magnetköpfen zu verwenden, was eine Verfahrensstufe bei einer Temperatur von über 500ºC, wie etwa das Glaskleben, beinhalten kann.
Aus Patent Abstracts of Japan, Band 7, Nr. 178 (E-191) (6. August 1983), JP-A- 58-82506 ist ein magnetisches Dünnfilmmaterial auf der Basis einer Al-Si-Fe- Legierung bekannt, welche ein Platingruppenelement und eines oder zwei oder mehrere Elemente der Gruppe Va umfaßt, welches ausgezeichnete magnetische Eigenschaften, Korrosionsbeständigkeit, Abriebbeständigkeit und verbesserte Anpassungsfähigkeit an ein Substrat aufweist.
Patent Abstracts of Japan, Band 7, Nr. 178 (E- 191) (6. August 1983), JP-A-58- 82507 beschreibt ein ähnliches magnetisches Dünnfilmmaterial, umfassend eine Al-Si-Fe-Legierung, welche als zusätzliches Element ein Platingruppenelement und eines oder mehrere Elemente der Gruppe IVa enthält und verbesserte mechanische und magnetische Eigenschaften aufweist.
Patent Abstracts of Japan, Band 8, Nr. 33 (P-254), (14. Februar 1984), JP-A-58- 188318 beschreibt einen Magnetkopf mit gesteigerter Zuverlässigkeit und Dauerhaftigkeit, welcher eine Fe-Si-Al-Legierung umfaßt, in deren Oberfläche Ionen aus Cr, Ti, Zr. Nb, Ru, Rh, Pd, Os, In, Pt, O oder N implantiert sind, um die Abriebbeständigkeit zu verbessern. Es wird ausgeführt, daß O und N die Abriebbeständigkeit durch Bildung von Oxiden bzw. Nitriden verstärken. Weiterhin wird ausgeführt, daß die magnetischen Eigenschaften durch Einstellung der Dicke der Ionenimplantationsschicht auf ≤ 10 um sich nicht verschlechtern.
Das durch die vorliegende Erfindung zu lösende Problem ist daher die Schaffung eines magnetischen Dünnfilm mit verbesserten Frequenzeigenschaften der magnetischen Permeabilität, neben verbesserter Härte, Abriebbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit.

Zusammenfassung der Erfindung

Es hat sich nun gezeigt, daß durch gleichmäßiges Einbringen einer speziellen Menge an Sauerstoff in eine Legierung auf Fe-Al-Si-Basis, dieses Problem gelöst werden kann.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher ein magnetischer Dünnfilm mit einer Zusammensetzung der folgenden Formel:
FeaAlbSicOdTePf
worin T mindestens ein Element ist, das aus der aus Elementen der Gruppe IIIa, Elementen der Gruppe IVa, Elementen der Gruppe Va, Elementen der Gruppe VIIa, Elementen der Gruppe Ib, Ga, In, Ge, Sn und Sb bestehenden Gruppe gewählt ist, P mindestens ein Platingruppenelement ist, a, b, c, d, e und f jeweils Gewichtsprozent des betreffenden Elements bedeuten und die folgende Beziehung erfüllen
55 ≤ a < 95,
2 ≤ b ≤ 10,
4 ≤ c ≤ 15,
0,3 ≤ d ≤ 3,8,
0 ≤ e ≤ 10,
0 ≤ f ≤ 40,
wobei a + b + c + d + e + f = 100, wobei der Sauerstoff in dem magnetischen Dünnfilm gleichmäßig verteilt ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein charakteristisches Diagramm, welches die Beziehung zwischen den O-Gehalten in dem Fe-Al-Si-Legierungs-Dünnfilm und der Vickers-Härte zeigt.
Fig. 2 ist ein charakteristisches Diagramm, welches die Beziehung zwischen den O-Gehalten in dem Fe-Al-Si-Legierungs-Dünnfilm und dem spezifischen Widerstand zeigt, wobei der Widerstand des O-freien Fe-Al-Si-Legierungs- Dünnfilms 1 ist.
Fig. 3 ist ein charakteristisches Diagramm, welches die Beziehung zwischen den O-Gehalten in dem Fe-Al-Si-Legierungs-Dünnfilm und der magnetischen Permeabilität bei 1 MHz zeigt.
Fig. 4 ist ein charakteristisches Diagramm, welches die Frequenzcharakteristika der magnetischen Permeabilität des O-enthaltenden Fe-Al-Si-Legierungs- Dünnfilms zeigt.
Fig. 5 ist ein charakteristisches Diagramm, welches die Beziehung zwischen den Gehalten an O in dem Fe-Al-Si-Legierungs-Dünnfilm und der Sättigungsmagnetflußdichte zeigt.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Der erfindungsgemäße magnetische Dünnfilm besteht im wesentlichen aus Fe, Al, und Si und, was besonders wichtig ist, enthält ebenso Sauerstoff (O).
Durch den O-Gehalt werden die magnetische Permeabilität und Härte des magnetischen Dünnfilms beträchtlich verbessert. Unsere Versuche haben gezeigt, daß mit einer Zunahme der Sauerstoffgehalte in dem magnetischen Dünnfilm die magnetische Permeabilität beträchtlich verbessert wird, und daß vor allem mit Sauerstoffgehalten von gleich ca. 1,5 Gew. -%, die magnetische Permeabilität um einen Faktor von etwa 2 erhöht werden kann, verglichen mit einem sauerstoffreien magnetischen Dünnfilm. Andererseits wird die magnetische Permeabilität bei übermäßigen Sauerstoffgehalten in dem magnetischen Dünnfilm herabgesetzt. Beispielsweise sind bei einer Frequenz von 1 MHz Sauerstoffgehalte von weniger als 4 Gew. -% bevorzugt. Da jedoch der spezifische Widerstand des vorgenannten magnetischen Dünnfilms mit einer Zunahme des Sauerstoffgehalts erhöht wird, wird in Betracht gezogen, daß ein Sauerstoffgehalt bis zu ca. 0,5 Gew. -% in einem höheren Frequenzbereich praktisch geeignet ist, beispielsweise in Verbindung mit Magnetköpfen für digitale VTRs.
Ebenso ist gezeigt worden, daß mit einer Zunahme der Sauerstoffgehalte in dem magnetischen Dünnfilm seine Vickers-Härte ebenso spürbar erhöht wird und eine im wesentlichen konstante Härte mit Sauerstoffgehalten im Überschuß von etwa 2 Gew. -% gewährleistet wird.
Daher liegt der Sauerstoffgehalt (O) in dem erfindungsgemäßen magnetischen Dünnfilm vorzugsweise im Bereich von 0,3 bis 3,8 Gew. -%. Bei einem Gehalt von weniger als 0,3 Gew. -% kann eine ausreichende Wirkung nicht erwartet werden. Bei einem Gehalt von über 3,8 Gew. -% können die magnetische Permeabilität herabgesetzt und die Koerzitivkraft Hc erhöht werden. Neben Sauerstoff O kann ebenso Stickstoff in dem magnetischen Dünnfilm enthalten sein.
Die bevorzugten Gehalte der 3 Hauptkomponenten des magnetischen Dünnfilms, das heißt Fe, Al und Si, sind so bemessen, daß die Gehalte an Al und Si 2 bis 10 Gew.-% bzw. 4 bis 15 betragen wobei der Rest Fe ist. Das heißt, wenn die Zusammensetzung des magnetischen Dünnfilms als Fea Alb Sic Od ausgedrückt wird, worin a, b, c und d Gewichtsverhältniswerte der entsprechenden Komponenten bedeuten, ist die durch die folgenden Formeln wiedergegebene Zusammensetzung bevorzugt:
70 ≤ a ≤ 95, 2 ≤ b ≤ 10, 4 ≤ c ≤ 15 und 0,3 ≤ d ≤ 3,8.
Bei Al- oder Si-Gehalten, die höher oder niedriger als der oben angegebene Wert sind, werden die magnetischen Eigenschaften des magnetischen Dünnfilms verschlechtert.
Es ist möglich, daß ein Teil des Fe durch Co und/oder Ni ersetzt wird. Ebenso ist es möglich, daß ein Teil des Fe durch Co ersetzt werden kann, um die Sättigungsmagnetflußdichte Bs zu erhöhen. Insbesondere kann ein maximaler Wert der Sättigungsmagnetflußdichte Bs mit einer Zusammensetzung erhalten werden, bei der 40 Gew. -% des Fe durch Co ersetzt sind. Es ist bevorzugt, daß das Substitutionsverhältnis für Co im Bereich von 0 bis 60 Gew. -% bezüglich dem Fe liegt.
Andererseits kann ein Teil des Fe durch Ni ersetzt werden, um einen höheren Wert der magnetischen Permeabilität ohne Verringerung der Sättigungsmagnetflußdichte aufrechtzuhalten. Es ist bevorzugt, daß das Substitutionsverhältnis für Ni im Bereich von 0 bis 40 Gew. -% bezüglich dem Fe liegt.
Zahlreiche andere Elemente können dem magnetischen Dünnfilm als Zusätze zur Verbesserung der Rostschutzbeständigkeit und Abriebbeständigkeit zugegeben werden. Diese Additive können Elemente der Gruppe IIIa, einschließlich Elemente der Lanthanreihe, wie etwa Sc, Y, La, Ce, Nd oder Gd, Elemente der Gruppe IVa, wie etwa Ti, Zr oder Hf, Elemente der Gruppe Va, wie etwa V, Nb oder Ta, Elemente der Gruppe VIa, wie etwa Cr, Mo oder W, Elemente der Gruppe VIIa, wie etwa Mn, Tc oder Re, Elemente der Gruppe I b, wie etwa Cu, Ag oder Au, sowie andere Elemente, wie etwa Ga, In, Ge, Sn, oder Sb, umfassen. Diese Additive können entweder einzeln oder als Mischung sowie in einer Menge von 0 bis 10 Gew. -%, bezogen auf den oben beschriebenen magnetischen Dünnfilm, zugegeben werden. Wenn die magnetische Dünnfilmzusammensetzung als
Fea Alb Sic Od Te
ausgedrückt wird, ist die Zusammensetzung vorzugsweise so ausgelegt, daß die folgenden Formeln erfüllt werden
65 ≤ a ≤ 95,
2 ≤ b ≤ 10,
4 ≤ c ≤ 15,
0,3 ≤ d ≤ 3,8,
0 ≤ e ≤ 10, und
a + b+ c+ d+ e = 100
Bei diesen Formeln bedeuten a, b, c, d, und e die Gewichtsverhältniswerte der entsprechenden Komponenten und T das vorhergenannte Additiv. Bei einer Menge des Additivs von mehr als 10 Gew. -% neigen die magnetischen Eigenschaften des magnetischen Dünnfilms zur Verschlechterung.
Alternativ können die Elemente der Platingruppe wie etwa Ru, Rh, Pd, Os, Ir oder Pt als Additive entweder einzeln oder als Mischung verwendet werden. Diese Platingruppenelemente können in einer Menge von weniger als 40 Gew. -% zugegeben werden. Wenn diese Elemente in einer Menge von mehr als 40 Gew. -% zugegeben werden, neigen die magnetischen Eigenschaften des magnetischen Dünnfilms zur Verschlechterung.
Sowohl das vorhergenannte Additiv, wie etwa die Elemente der Gruppen IIIa oder IVa als auch die Elemente der Platingruppe können in Kombination eingesetzt werden. Wenn in diesem Fall die magnetische Dünnfilmzusammensetzung als
Fea Alb Sic Od Te Pf
ausgedrückt wird, ist die Zusammensetzung vorzugsweise so bemessen, daß die folgenden Formeln erfüllt werden.
55 ≤ a ≤ 95,
2 ≤ b ≤ 10,
4 ≤ c ≤ 15,
0,3 ≤ d ≤ 3,8,
0 ≤ e ≤ 10,
0 ≤ f ≤ 40, und
a + b + c + d + e + f = 100
In diesen Formeln bedeuten a, b, c, d, e und f die Gewichtsverhältniswerte der entsprechenden Komponenten, T das vorhergenannte Additiv, wie etwa Elemente der Gruppe IIIa oder IVa und P die vorhergenannten Platingruppenelemente. Es sollte beachtet werden, daß, wenn die Platingruppenelemente der fünften Periode, daß heißt Ru, Rh oder Pd, als Platingruppenelemente verwendet werden, vorzugsweise e + f ≤ 20 ist, und daß, wenn die Elemente der Platingruppe der sechsten Periode, daß heißt Os, Ir oder Pt, als Platingruppenelemente verwendet werden, dann vorzugsweise e + f ≤ 40 ist. Wenn das Additiv in Mengen oberhalb des oben genannten Grenzwertes verwendet werden, neigen die magnetischen Eigenschaften zur Verschlechterung.
Die Filmdicke des magnetischen Dünnfilms der oben genannten Zusammensetzung beträgt vorzugsweise mehr als 1nm (10 Å) und weniger als 1 mm und weiter vorzugsweise mehr als 1 nm (10 Å) oder weniger als 100 um.
Wie oben beschrieben, können eine hohe magnetische Permeabilität und hohe Härte bei einem magnetischen Dünnfilm der Erfindung erzielt werden aufgrund des Gehaltes des Sauerstoff (O) ohne Verschlechterung der magnetischen Eigenschaften, wie etwa der Sättigungsmagnetflußdichte oder Koerzitivkraft. Insbesondere tragen die Gehalte an Sauerstoff (O) zu einem erhöhten spezifischen Widerstand und einem verringerten Wirbelstromverlust im Hochfrequenzbereich bei, so daß die Frequenzcharakteristika der magnetischen Permeabilität verbessert sind, mit dem Ergebnis, daß der Film in wirksamer Weise bei bzw. mit Magnetköpfen verwendet werden kann, welche in einem Frequenzbereich von mehr als 10 MHz eingesetzt werden.
Es hat sich gezeigt, daß der magnetische Dünnfilm mit dem oben beschriebenen Gehalt an Sauerstoff (O) ebenso hinsichtlich der Dauerhaftigkeit ausgezeichnet ist. Beispielsweise wurde keine Rostbilddung auf dem Film, welcher während 3 Tagen in Leitungswasser eingetaucht worden ist, beobachtet.
Obwohl nicht genau bekannt ist, welche Rolle der Sauerstoff O in dem magnetischen Dünnfilm spielt, kann angenommen werden, daß die drastisch erhöhte Filmhärte möglicherweise der Erzeugung von Teilchen hoher Härte, wie etwa dem Oxid von Fe, Aluminiumoxid oder Siliciumdioxid-Teilchen zugeschrieben werden kann.
Für die Herstellung des erfindungsgemäßen magnetischen Dünnfilms können zahlreiche Verfahren als möglich herangezogen werden. Es ist nicht möglich, eine große Menge an Sauerstoff gleichmäßig einzuführen, indem beispielsweise das gutbekannte Schmelzverfahren herangenommen wird, da dann der Sauerstoff gewöhnlicherweise in der geschmolzenen Legierung als Schlacke schwimmt und als Einschluß von der Legierung abgetrennt wird.
Daher wird der magnetische Dünnfilm beispielsweise durch physikalische Dampfabscheidung hergestellt.
Die Verfahren der physikalischen Dampfabscheidung können die Entspannungs-Vakuumverdampfung, reaktive Vakuumverdampfung, Ionenplattierung, Zerstäubung oder eine Cluster-Ionen-Bestrahlung umfassen. Die Abscheidung und Ionenimplantation kann ebenso gleichzeitig durchgeführt werden. Zur Einführung von Sauerstoff (O) in den magnetischen Dünnfilm können die folgenden Verfahren verwendet werden.
(i) Die oben erwähnte physikalische Dampfabscheidung kann beispielsweise in einer Sauerstoffgas enthaltenden Atmosphäre bewirkt werden, wobei der Gehalt an Sauerstoff O indem resultierenden magnetischen Dünnfilm durch Überprüfung der Konzentration des Sauerstoffgases reguliert wird.
(ii) Es werden eine Sauerstoffverbindung und mindestens ein Element der vorgenannten Zusammensetzung sowie eine Legierung der restlichen Komponenten als Abscheidungsquelle verwendet, so daß Sauerstoff in den resultierenden magnetischen Dünnfilm eingeführt wird.
Bei der Einstellung der Verhältniswerte der jeweiligen Elemente des magnetischen Dünnfilms, wie etwa Fe, Al oder Si, können die folgenden Verfahren angewandt werden.
(i) Fe, Al, Si, andere Additive und Austauschmetalle werden gewogen, so daß eine vorausgehend eingestellte relative Zusammensetzung erhalten wird. Die jeweiligen Komponenten werden vorausgehend geschmolzen, beispielsweise in einem Induktionsofen, um einen Legierungs-Rohblock zu bilden, welcher als Abscheidungsquelle verwendet werden kann.
(ii) Die Abscheidungsquellen der jeweiligen Elemente werden hergestellt und die Zusammensetzung wird reguliert durch Aktivieren der ausgewählten Anzahl der Abscheidungsquellen.
(iii) Die jeweiligen Abscheidungsquellen der Komponentenelemente werden vorgesehen und die an diese jeweiligen Quellen zugeführte Eingabeleistung (eingeprägte Spannung) wird zur Regulierung der Abscheidungsgeschwindigkeit und somit der Filmzusammensetzung eingestellt.
(iv) Die Legierung wird als Abscheidungsquelle verwendet und die anderen Elemente werden während der Abscheidung implantiert.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf verschiedene spezielle Beispiele erläutert. Es ist zu vermerken, daß diese Beispiele nur der Veranschaulichung dienen und nicht den Umfang der Erfindung beschränken.

Beispiel 1

Silicium (Si) der Reinheit von 99,9999%, Aluminium (Al) der Reinheit von 99,99% und Eisen (Fe) der Reinheit von 99,99% wurden als Ausgangsmaterialien verwendet. Diese Materialen wurden separat in ausgewogenen Mengen hergestellt und im Vakuum in einem Hochfrequenz-Schmelzofen geschmolzen. Der resultierende Ansatz wurde in eine Form gegossen und zu einem Target für eine Kathode mit einem Durchmesser von 50 mm und einer Dicke von 1 mm schmelzgegossen. Die Targetzusammensetzung betrug Fe&sub8;&sub2; Al&sub7; Si&sub1;&sub1;.
Unter den nachfolgenden Zerstäubungsbedingungen wurden Filme gemäß dem Planarmagnetron-Zerstäubungsverfahren unter Anwendung des obigen Targets abgeschieden.

Zerstäubungsbedingungen:

RF Eingabe 100W
Abstand zwischen Target und
Substrat 30 mm
Substrattemperatur - 20ºC (mit Wasserkühlung)
Enddruck 0,4 Pa (3·10&supmin;&sup6; Torr)
Ar Gasdruck 0,53 Pa (4·10&supmin;³ Torr)
Filmdicke ca. 6 um
Gemäß den obigen Zerstäubungsbedingungen wurde eine Zerstäubungsbehandlung unter Zugabe von Sauerstoff (O&sub2;) zu dem Ar als Inertgas durchgeführt. Während der Zerstäubungsbehandlung wurde das Verhältnis von O&sub2; in dem Inertgas geändert durch Regulieren des Partialdrucks des O&sub2;-Gases, welcher eine Kennzahl des O&sub2;-Verhältnisses in dem Inertgas ist. In dieser Weise wurde ein Fe-Al-Si-Legierungs-Dünnfilm auf dem kristallisierten Glassubstrat gebildet. Nach der Wärmebehandlung des resultierenden Fe-Al-Si-Legierungs- Dünnfilms bei 550ºC während einer Stunde wurden die Härte, der spezifische Widerstand, die magnetische Permeabilität und die Sättigungsmagnetflußdichte gemessen.
In dem charakteristischen Diagramm der Fig. 1 ist die Beziehung zwischen der Härte und dem Verhältnis des in dem Fe-Al-Si-Legierungs-Dünnfilm enthaltenen O gezeigt. Die Härte wurde hierbei als Vickers-Härte gemessen, wobei ein Gewicht von 50 g 15 Sekunden für die Belastung aufgelegt wurde.
Aus dieser Figur kann ersehen werden, daß mit einer Zunahme des Verhältnisses an O in dem Fe-Al-Si-Legierungs-Dünnfilm die Härte des Fe-Al-Si-Legierungs-Dünnfilms beachtlich erhöht wird. Beispielsweise beträgt die Härte Hv des Fe-Al-Si-Legierungs-Films, welcher vollständig frei an O-Gehalten ist, 630, wohingegen die Härte Hv des Fe-Al-Si-Legierungs-Dünnfilms mit einem Gehalt von 3,8 Gew. -% an 0-Menge 1000 beträgt.
In dem charakteristischen Diagramm der Fig. 2 ist die Beziehung zwischen dem elektrischen Widerstand (spezifischen Widerstand) und dem Verhältnis an O in dem Fe-Al-Si-Legierungs-Dünnfilm gezeigt. Es ist zu bemerken, daß der elektrische Widerstand mittels dem Vierpol-Verfahren gemessen wurde, wobei der spezifische Widerstand beim elektrischen Widerstand des O-freien Fe-Al-Si- Legierungs-Dünnfilms als 1,0 angenommen ist.
Der spezifische Widerstand ist ein kritischer Faktor zur Abschätzung der magnetischen Permeabilität des Fe-Al-Si-Legierungs-Dünnfilms im Hochfrequenzbereich. Somit fließt im allgemeinen koaxialähnlicher Induktionsstrom (Wirbelstrom) im magnetischen Körper durch den vorrübergehend sich ändernden Magnetfluß, wobei ein solcher Wirbelstrom einen Stromverbrauch verursacht, der als Wirbelstromverlust bekannt ist. Dieser Wirbelstromverlust steht In engem Zusammenhang mit der Frequenz und dem Widerstand des magnetischen Materials und ist verantwortlich für eine verringerte Permeabilität, insbesondere im Hochfrequenzbereich. Es ist beispielsweise bekannt, daß die magnetische Permeabilität des gewöhnlichen Sendust-Legierungsmaterials im Hochfrequenzbereich zur Verringerung neigt, da der Widerstand des Materials 85 uΩ cm beträgt, welcher wesentlich niedriger ist als der des amorphen Legierungsmaterials, der 150 uΩcm beträgt. Daher ist der größere Widerstand des resultierenden Fe-Al-Si-Legierungs-Dünnfilms bevorzugt. Aus der Fig. 2 ist zu ersehen, daß mit der Zunahme des O-Verhältnisses der spezifische Widerstand des Fe-Al-Si-Legierungs-Dünnfilms linear erhöht wird. Es wird daher davon ausgegangen, daß der O-enthaltenden Fe-Al-Si-Legierungs-Film ebenso hinsichtlich der magnetischen Permeabilität im Hochfrequenzbereich ausgezeichnet ist.
Bei dem charakteristischen Diagramm der Fig. 3 ist die Beziehung zwischen dem O-Verhältnis in dem Fe-Al-Si-Legierungs-Film und der magnetischen Permeabilität bei 1 MHz gezeigt. Die Messung der magnetischen Permeabilität wurde mittels eines Gerätes zur Messung der magnetischen Leitfähigkeit (Permeanzmeter) durchgeführt. Aus Fig. 3 ist zu sehen, daß die magnetische Permeabilität des Fe-Al-Si-Legierungs-Dünnfilms mit einer Zunahme des O-Verhältnisses merkbar erhöht wird. Beispielsweise wird bei einem O-Verhältnis von 1 Gew. -% die magnetische Permeabilität um einen Faktor von etwa 2,5 verbessert.
Fig. 4 zeigt die Frequenzcharakteristika der magnetischen Permeabilität des O- enthaltenden Fe-Al-Si-Legierungs-Dünnfilms. Bei dieser Figur zeigen die Kurve a die Frequenzcharakteristika für den O-Gehalt von 0 Gew. -%, die Kurve b diejenigen für den O-Gehalt von 0,3 Gew. -%, die Kurve c diejenigen für den O-Gehalt von 1,0 Gew.-%, die Kurve d diejenigen für den O-Gehalt von 2,4 Gew.-%, die Kurve e diejenigen für den O-Gehalt von 3,8 Gew.-% und die Kurve f diejenigen für den O-Gehalt von 4,9 Gew. -%.
Es ist aus Fig. 4 zu ersehen, daß der Fe-Al-Si-Legierungs-Dünnfilm mit O-Gehalten eine höhere magnetische Permeabilität bei jeder Frequenz zeigt als der ohne O-Gehalt. Insbesondere ist zu erkennen, daß die Abnahme der magnetischen Permeabilität bei der höheren Frequenz mit Erhöhung der O-Gehalte zur Verringerung neigt. Beispielsweise kann der Legierungs-Dünnfilm mit einem O- Gehalt von 4,9 Gew. -% in ausreichender Weise im Frequenzbereich von 20 bis 30 MHz eingesetzt werden, obwohl er eine niedrige magnetische Permeabilität Im Frequenzbereich von weniger als 10 MHz zeigt.
Im charakteristischen Diagramm der Fig. 5 ist die Beziehung zwischen der Sättigungsmagnetflußdichte und den O-Gehalten des Fe-Al-Si-Legierungs- Dünnfilms gezeigt.
Im Zusammenhang mit der Figur ist es von Interesse, daß die Sättigungsmagnetflußdichte des Fe-Al-Si-Legierungs-Dünnfilms durch die Zugabe von O zu dem Film erhöht wird. Dies kann äußerst vorteilhaft sein, unter Berücksichtigung, daß die Sättigungsmagnetflußdichte im allgemeinen durch Verwendung von Additiven, welche die Härte oder Temperaturcharakteristika der magnetischen Permeabilität verbessern sollen, herabgesetzt wird. Im vorliegenden Beispiel wird nicht nur die Verringerung der Sättigungsmagnetflußdichte verhindert, sondern die Sättigungsmagnetflußdichte wird verbessert.
Aus diesen Ergebnissen ist zu ersehen, daß der Fe-Al-Si-Legierungs-Dünnfilm nicht nur hinsichtlich der Härte, der Rostbeständigkeit oder Dauerhaftigkeit ausgezeichnet ist, sondern ebenso in den magnetischen Charakterisika, wie etwa der Permeabilität oder Sättigungsmagnetflußdichte hervorragend ist und somit in vorteilhafter Weise beispielsweise in Verbindung mit Magnetköpfen verwendet werden kann.

Beispiel 2

Ein aus reinen Eisen-Targets, auf welchen Al und Si aufgebracht wurden, bestehendes zusammengesetztes Target oder ein aus Fe&sub8;&sub2;A&sub1;&sub7;Si&sub1; &sub1;-Targets, auf welchen Fe, Al und Si aufgebracht wurden, bestehendes zusammengesetztes Target wurden als Target verwendet. Zur Herstellung von Fe-Al-Si-Legierungs-Dünnfilmen zahlreicher Zusammensetzungen (mit einer Dicke von etwa 5 um) wurde eine Zerstäubungsbehandlung in einem O&sub2;-enthaltenden Ar-Gas und einem O&sub2;-freien Ar-Gas durchgeführt, während die Anzahl der Al- und Si-Targets oder der Fe, Al und Si-Targets geändert wurde.
Der resultierende Fe-Al-Si-Legierungs-Dünnfilm wurde bei 350ºC bis 800ºC während 1-5 Stunden wärmebehandelt. Dann wurde die magnetische Permeabilität mittels eines Permeanzmeters gemessen, ebenso wurde die Vickers-Härte unter einer Belastung von 50 g gemessen. Die Zusammensetzung des resultierenden Fe-Al-Si-Legierungs-Dünnfilms wurde hinsichtlich der Fe-, Al- und Si- Gehalte mittels eines Röntgenstrahlen-Mikroanalysators analysiert. Die Sauerstoffgehalte wurden durch die Gasanalyse des auf einem Ni-Substrat gebildeten magnetischen Dünnfilm gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1 Zusammensetzung (Gew-%) Permeabilität Vickers-Härte Vergleichsprobe Probe
Aus dieser Tabelle ist zu sehen, daß die Proben 1 bis 10 mit O-Gehalten von 2,2 Gew. -% eine magnetische Permeabilität zeigen, welche höher ist als die der O- freien Vergleichsproben und daß aus den Permeabilitätswerten insbesondere für 1 MHz und 5 MHz die Frequenzeigenschaften ebenso verbessert sind. In ähnlicher Weise ist zu sehen, daß die Vickers-Härte um etwa 200 bis 300 verbessert ist.

Beispiel 3

Ein zusammengesetztes Target, bestehend aus einem reinen Eisentarget, auf welchen Al, Si und Co oder Ni aufgebracht wurden, wurde als Target verwendet und die Zerstäubungsbehandlung wurde in einem O&sub2;-enthaltenden Ar-Gas und in einem O&sub2;-freien Ar-Gas zur Herstellung des Fe-Al-Si-Legierungs-Dünnfilms durchgeführt.
Die Sättigungsmagnetflußdichte, Permeabilität und die Vickers-Härte des resultierenden Fe-Al-Si-Legierungs-Dünnfilms wurden gemessen. Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle 2 gezeigt. Tabelle 2 Zusammensetzung (Gew-%) Permeabilität Vickers-Härte Sättigungsmagnetflußdichte (Gauss) Vergleichsprobe Probe
Aus der Tabelle 2 ist zu ersehen, daß die Vickers-Härte sowie die magnetische Permeabilität der Proben 11 und 12 mit O-Gehalten von 2,2 Gew.-% gegenüber denjenigen der O-freien Vergleichsproben 11 und 12 verbessert waren, während die Sättigungsmagnetflußdichte der Proben 11 und 12 der der Vergleichsproben 11 und 12 nicht unterlegen war.

Beispiel 4

Silicium (Si) mit der Reinheit von 99,9999 %, Aluminium (Al) mit der Reinheit von 99,99 % und Eisen (Fe) mit der Reinheit von 99,99 % wurden als Ausgangsmaterialien verwendet. Diese Ausgangsmaterialien wurden separat in solchen abgewogenen Mengen hergestellt, um eine vorbestimmte relative Zusammensetzung zu ergeben. Der resultierende Ansatz wurde im Vakuum unter Verwendung eines Hochfrequenz-Schmelzofens geschmolzen. Das resultierende Schmelzprodukt wurde in eine Form gegossen zur Herstellung des Legierungstargets.
Auf diesem Legierungstarget als Referenz wurden Elemente wie Fe, Al, Si und andere Zusatzelemente aufgebracht, und die Gesamteinheit wurde in eine Hochfrequenzzerstäubungseinheit eingeführt, in der eine Zerstäubung in einer Sauerstoffgas O&sub2;-enthaltenden Ar-Gasatmosphäre zur Herstellung eines magnetischen Dünnfilm einer Dicke von etwa 5 um durchgeführt wurde.
Nach einer Wärmebehandlung bei 350 bis 800ºC während 1 bis 5 Stunden wurden die magnetische Permeabilität sowie die Vickers-Härte des resultierenden magnetischen Dünnfilms gemessen. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 3 gezeigt. Die Messung der magnetischen Permeabilität wurde mittels eines Permeanzmeters durchgeführt, während die Messung der Vickers-Härte unter einer Belastung von 50 g während 15 Sekunden bewirkt wurde. Die Metallkomponenten des resultierenden magnetischen Dünnfilms wurden mittels eines Röntgenstrahlen-Mikroanalysators analysiert und die O-Gehalte wurden durch Gasanalyse des gleichzeitig auf einem Ni-Substrat gebildeten magnetischen Dünnfilms bestimmt. Tabelle 3 Zusammensetzung (Gew-%) Zusatzelemente Bezeichnung Gehalt Permeabilität Vickers-Härte Vergleichsprobe Probe Rest
Aus der Tabelle 3 ist zu ersehen, daß die magnetische Permeabilität sowie die Vickers-Härte des Sauerstoff enthaltenden magnetischen Dünnfilms deutlich gegenüber denjenigen des sauerstoffreien magnetischen Dünnfilms verbessert ist.
Die Sättigungsmagnetflußdichte und die Koerzitivkraft wurden ebenso bei den obigen Beispielen und Vergleichsbeispielen gemessen, wobei es sich gezeigt hat, daß diese im wesentlichen unverändert sind, unabhängig davon, ob Sauerstoff in den Filmproben enthalten war oder nicht. Beispielsweise beträgt die Sättigungsmagnetflußdichte und Koerzitivkraft der Vergleichsprobe 13 1,1 T (11000 Gauss) bzw. 24 A/m (0,3 Oersted), während die Sättigungsmagnetflußdichte der Probe 13 1,1 T (11000 Gauss) und die Koerzitivkraft der gleichen Probe 24 A/m (0,3 Oersted) beträgt.
Aus dem vorangehenden ergibt sich, daß die vorliegende Erfindung die Schaffung eines magnetischen Dünnfilms mit hoher Härte und ausgezeichneten magnetischen Eigenschaften erlaubt.

Claims

1. Magnetischer Dünnfilm mit einer Zusammensetzung der folgenden Formel:

FeaAlbSicOdTePf

worin T mindestens ein Element ist, das aus der aus Elementen der Gruppe IIIa, Elementen der Gruppe IVa, Elementen der Gruppe Va, Elementen der Gruppe VIIa, Elementen der Gruppe Ib, Ga, In, Ge, Sn und Sb bestehenden Gruppe gewählt ist, P mindestens ein Platingruppenelement ist, a, b, c, d, e und f jeweils Gewichtsprozent des betreffenden Elements bedeuten und die folgende Beziehung erfüllen

55 ≤ a ≤ 95,

2 ≤ b ≤ 10,

4 ≤ c ≤ 15,

0,3 ≤ d ≤ 3,8,

0 ≤ e ≤ 10,

0 ≤ f ≤ 40,

wobei a + b + c + d + e + f= 100, wobei der Sauerstoff in dem magnetischen Dünnfilm gleichmäßig verteilt ist.

2. Magnetischer Dünnfilm nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß das Element der Gruppe IIIa Sc, Y, La, Ce, Nd oder Gd ist.

3. Magnetischer Dünnfilm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Element der Gruppe IVa Ti, Zr oder Hf ist.

4. Magnetischer Dünnfilm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Element der Gruppe Va V, Nb oder Ta ist.

5. Magnetischer Dünnfilm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Element der Gruppe VIa Cr, Mo oder W ist.

6. Magnetischer Dünnfilm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Element der Gruppe VIIa Mn, Tc oder Re ist.

7. Magnetischer Dünnfilm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Element der Gruppe Ib Cu, Ag oder Au ist.

8. Magnetischer Dünnfilm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Platingruppenelement Ru, Rh, Pd, Os, Ir oder Pt ist.

9. Magnetischer Dünnfilm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß e und f die Beziehung e + f= 20 erfüllen, wenn Ru, Rh oder Pd als Platingruppenelemente verwendet werden.

10. Magnetischer Dünnfilm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß e und f die Beziehung e + f = 40 erfüllen, wenn Os, Ir oder Pt als Platingruppenelemente verwendet werden.

11. Magnetischer Dünnfilm nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Fe durch Co oder Ni ersetzt ist.

12. Magnetischer Dünnfilm nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet daß das Verhältnis des Ersatzes durch Co im Bereich von 0 bis 60 Gew. -% bezüglich Fe liegt.

13. Magnetischer Dünnfilm nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Ersatzes durch Ni im Bereich von 0 bis 40 Gew. -% bezüglich Fe liegt.