GEBIET DER ERFINDUNG UND STAND DER TECHNIK
1. GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein
weiches magnetisches Material, das geeignet ist für einen Kern
eines magnetischen Kopfes oder dergleichen, und insbesondere
für einen magnetischen Legierungsfilm, der Stickstoff enthält.
2. BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
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Bisher wurde versucht, magnetische Legierungsfilme,
die Stickstoff (N) enthalten, durch reaktives Sputtern bzw.
Aufstäuben von N&sub2; oder Sputtern bzw. Aufstäuben unter
Verwendung eines Nitrid-Ziels herzustellen. Zum Beispiel sind ein
Nitridlegierungsfilm, der aus Fe, Co, Ni und glasbildenden
Elementen, wie z. B. B, Si, Al, P und C hergestellt ist (der
in den japanischen veröffentlichten ungeprüften
Patentanmeldungen mit den Nummern Sho 54-94428 und 60-15261 gezeigt ist)
und ein Eisennitridfilm (der in dem Journal of Applied Physics
(J. Appl. Phys.) 53 (11), S. 8332 (1982) gezeigt ist) gut
bekannt.
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Im Fall des ersteren, zum Beispiel in einem Fe-B-N-
Nitrid, das durch Nitrifizieren einer Fe-B-Legierung
hergestellt ist, steigt eine senkrechte magnetische Anisotropie an,
und dadurch wird eine weiche magnetische Eigenschaft der Fe-B-
Legierung zerstört und eine Koerzivkraft Hc davon wird groß.
Gleichzeitig verringert sich eine Sättigungsmagnetisierung
4πMs mit dem Ansteigen eines N-Anteils. Wenn auf der anderen
Seite im Falle eines Fe-N-Films der letzteren Art der Fe-N-
Film eine kleine Menge von N enthält, steigt ein Wert von 4πMs
im Vergleich mit dem Fe-Film an, aber die Koerzivkraft Hc ist
groß, und dadurch zeigt der Fe-N-Film keine weiche magnetische
Eigenschaft.
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Die EP-A-0 002 712 beschreibt amorphe
Legierungsfilme mit Zusammensetzungen (Co&sub7;&sub8;Fe&sub5;B&sub1;&sub7;)xN100-x und
(Fe&sub8;&sub0;B&sub2;&sub0;)xM100-x. Diese Filme können alternierende Schichten
von stickstoffarmen Schichten und stickstoffreichen Schichten
aufweisen. Weiterhin wird ein Erhitzen der magnetischen
Legierungsfilme für eine Stunde bei 400ºC erwähnt, welche die
strukturellen und magnetischen Eigenschaften und die
magnetothermische Stabilität des Films nicht beeinflußt. Schichten
mit einer Dicke > 200 nm werden in Betracht gezogen.
AUFGABE UND ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, die
obengenannten Probleme zu lösen und einen stickstoffhaltigen
magnetischen Legierungsfilm zu schaffen, der eine kleine
Koerzivkraft Hc und eine wünschenswerte weiche magnetische
Eigenschaft hat, die nicht durch den konventionellen magnetischen
Nitrid-Legierungsfilm realisiert werden kann.
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Der magnetische Legierungsfilm gemäß der
vorliegenden Erfindung ist der Legierungsfilm, der durch die Merkmale
des Anspruchs 1 definiert ist. Er kann auf der Basis von z. B.
einem geschichteten Legierungsfilm hergestellt werden, der
aufweist:
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einen amorphen Legierungsfilm, der durch die
folgende Formel dargestellt wird:
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Ta Mb Xc (1)
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und
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einen Nitrid-Legierungsfilm, der durch die folgende
Formel dargestellt wird:
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wobei T, M, X und N die gleichen Elemente sind wie in Anspruch
1 beschrieben, die Indices a, b, c und d jeweils Atomprozente
der Elemente T, M, X und N angeben, und
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die Werte von a, b, c und d durch den folgenden
Ausdruck definiert werden:
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Die Werte von a', b', c' und d' von Ausdruck (5) von Anspruch
1 sind gemittelte Werte. Da jeder Bestandteil des Films in
einer Richtung der Filmdicke in der Zusammensetzung bzw.
Konzentration moduliert ist, liegt in einigen Teilen des Films der
Anteil bzw. die Konzentration nicht notwendigerweise in dem
durch Gleichung (5) gezeigten Bereich.
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Wie oben beschrieben, ist der magnetische Film der
vorliegenden Erfindung der stickstoffhaltige magnetische
Legierungsfilm mit einer konzentrationsmäßig modulierten
Struktur, die durch den Ausdruck (3) von Anspruch 1 dargestellt
ist, und er kann auf Basis des geschichteten magnetischen
Legierungsfilms hergestellt werden, der durch
Übereinanderschichten der Legierungsfilme, die in den Formeln (1) und (2)
dargestellt sind, hergestellt ist. Er hat eine hohe
Verschleißbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit und eine
weiche magnetische Eigenschaft, die für den Kern eines
magnetischen Kopfs oder dergleichen geeignet ist. Im Gegensatz dazu
zeigt ein bezüglich seiner Konzentration nicht modulierter
Nitrid-Film keine weiche magnetische Eigenschaft.
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Gewünschte Zusammensetzungen des amorphen
Legierungsfilms und des Nitridfilms werden durch die Gleichungen
(4) und (5) definiert. Ein Grund für die Definition ist im
folgenden beschrieben:
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Um einen amorphen Legierungsfilm mit dem durch den
Ausdruck (1) gezeigten Aufbau in einem amorphen Zustand zu
erhalten, muß die folgende Bedingung erfüllt sein:
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b + c ≥ 10 (6).
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Um eine hinreichend hohe Sättigungsmagnetisierung zu
erreichen, ist eine durch den folgenden Ausdruck definierte
Bedingung vorzuziehen:
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c ≤ 30, b ≤ 20 (7).
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Da ein Gesamtwert von a, b und c wie folgt ist:
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a + b + c = 100 (8),
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ist ein Bereich von a durch die Ausdrücke (6) und (7) wie
folgt definiert:
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70 ≤ a ≤ 90 (9).
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Zusätzlich kann, soweit die durch den Ausdruck (6)
definierte Bedingung erfüllt ist, entweder b oder c gleich 0
sein. Es ist jedoch tatsächlich wünschenswert, daß c nicht 0
ist (c≠0), da in dem Fall von b=0 und c≠0 eine Curietemperatur
niedrig ist, und die Eigenschaft durch ein Erhitzen bei
vergleichsweise niedriger Temperatur im Vergleich mit der
Bedingung von b≠0 und c=0 verbessert ist.
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Der Nitrid-Legierungsfilm, der durch die Gleichung
(2) dargestellt ist, wird durch Nitridieren des
Legierungsfilms, der durch die Gleichung (1) gezeigt wird, erreicht. Um
eine Stabilität der Struktur zu erreichen und eine Verringe
rung der Sättigungsmagnetisierung zu verhindern, muß die
folgende Bedingung erfüllt sein:
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d < 30 (10).
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Um die Verschleißbeständigkeit durch die
Nitridierung zu verbessern, muß die folgende Bedingung erfüllt sein:
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d ≥ 1 (11).
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Obwohl der durch den Ausdruck (2) dargestellte
magnetische Nitrid-Legierungsfilm eine hohe
Verschleißbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit zeigt, zeigt er nicht eine
solche exzellente weiche magnetische Eigenschaft wie die durch
den Ausdruck (1) gezeigte amorphe Legierung. Es wurde jedoch
festgestellt, daß der geschichtete Legierungsfilm, der durch
Schichten des amorphen Legierungsfilms von Ausdruck (1) und
des magnetischen Nitridlegierungsfilms von Ausdruck (2)
hergestellt wird, eine weiche magnetische Eigenschaft zeigt, und
insbesondere wird, wenn die folgende Bedingung erfüllt wird,
eine exzellente weiche magnetische Eigenschaft realisiert:
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t < 100 nm (1000 Å) (12),
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wobei t die Schichtdicke des geschichteten Films ist.
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Eine Verbesserung der weichen magnetischen
Eigenschaften wird nicht nur durch einen geschichteten Film eines
Nitridfilms und eines Nicht-Nitridfilms erreicht, sondern auch
durch einen in der Konzentration modulierten Nitridfilm, bei
dem Stickstoff bezüglich der Konzentration moduliert ist.
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Der oben genannte geschichtete Film kann zum
Beispiel durch ein Sputter- bzw. Aufstäubverfahren hergestellt
werden, wobei Stickstoffgas periodisch in die Kammer während
des Aufstäubens eingeführt wird. Darüberhinaus kann zum
Beispiel der in der Zusammensetzung modulierte Film durch
Erhitzen des obengenannten geschichteten Films bei einer geeigneten
Temperatur hergestellt werden, wobei eine Diffusion von
Stickstoff und anderen Bestandelementen zwischen den Schichten
erreicht wird. In einem solchen in seiner Zusammensetzung
modulierten Film sind im allgemeinen, wenn Stickstoff (N) in
seiner Konzentration moduliert wird, andere Bestandselemente in
einem gewissen Ausmaß konzentrationsmäßig moduliert, und als
ein Ergebnis wird die Zusammensetzung in der Richtung der
Filmdicke nicht gleichmäßig. Vorzugsweise ist die mittlere
Zusammensetzung bezüglich der Elementgruppen T, M, und X in dem
Konzentrationsbereich von Ausdruck (4). Bezüglich des
mittleren Gehalts von Stickstoff (N) ist, um eine gewünschte
Verschleißbeständigkeit zu erreichen, die folgende Bedingung
erfordert:
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d' ≥ 1 (13),
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und um eine Verschlechterung der Sättigungsmagnetisierung zu
verhindern, ist die folgende Bedingung erforderlich:
-
d' ≤ 20 (14).
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Aus den obengenannten Bedingungen wird Gleichung (5)
gewonnen.
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Die weiche magnetische Eigenschaft des in seiner
Zusammensetzung modulierten Films wird verbessert, wenn die
Modulationswellenlänge λ der Zusammensetzung klein wird, und
insbesondere unter der folgenden Bedingung wird eine
exzellente weiche magnetische Eigenschaft erreicht,
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λ < 100 nm (1000 Å) (15).
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Fig. 1a und Fig. 1b sind Diagramme, die ein
Tiefenprofil von Co und N eines geschichteten magnetischen
Legierungsfilms, der eine Basis zum Herstellen eines Films der
vorliegenden
Erfindung ist, und eines in seiner Zusammensetzung
modulierten magnetischen Legierungsfilms der vorliegenden
Erfindung zeigen, die durch Auger-Elektronenspektroskopie (AES)
gemessen sind.
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Fig. 2a ist eine perspektivische Ansicht eines
Probekopfchips für einen Verschleißbeständigkeitstest.
Fig. 2b ist eine Schnittansicht, die ein
Meßverfahren einer teilweisen Verschleißmenge (Δ1) des Probekopfs nach
einem Laufbetrieb des Bandes von 500 Stunden zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSF0RMEN
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Im folgenden werden Beispiele beschrieben, die
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind.
(Beispiel 1)
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Ein amorpher Legierungsfilm aus Co&sub6;&sub7;Mn&sub1;&sub2;B&sub2;&sub1; wurde
unter Verwendung einer RF-Dioden-Aufstäubvorrichtung
hergestellt, wobei ein Co-Mn-B-Legierungsziel bei 1,1 x 10&supmin;² Torr
Druck eines Argongases gesputtert (aufgestäubt) wurde. Dann
wurde N&sub2;-Gas zu dem oben genannten Ar-Gas gemischt, um ein
gemischtes Gas von 1,2 x 10&supmin;² Torr Gesamtdruck zu schaffen, und
es wurde aufgesputtert, um dadurch einen Nitrid-Legierungsfilm
herzustellen. Die Zusammensetzung des Nitrid-Legierungsfilms
war Co&sub6;&sub0;Mn&sub1;&sub0;B&sub1;&sub8;N&sub1;&sub2; bei einer Analyse. Als nächstes wurde ein
geschichteter Film aus Nitrid-Film und Nicht-Nitrid-Film
hergestellt, in dem ein Aufstäub- bzw. Sputterverfahren unter
einer Bedingung durchgeführt wurde, daß ein Ar-Gas-Partialdruck
bei 11 x 10&supmin;² Torr festgehalten wurde, und N&sub2;-Gas von 0,1 x
10&supmin;² Torr Partialdruck periodisch mit dem Ar-Gas gemischt
wurde. Darüberhinaus wurden durch die Änderung der Periode des
Beimischens von N&sub2;-Gas beschichtete Filme hergestellt, die aus
den Nitrid-Schichten und den Nicht-Nitrid-Schichten mit
unterschiedlicher Schichtdicke bestanden. Die magnetischen
Eigenschaften
dieser Filme wurden gemessen und verglichen. Die
Resultate sind in Tabelle 1 gezeigt.
TABELLE 1
Beispiel (wie hergestellt)
Schichtdicke der jeweiligen Schichten (0,1 nm (Å))
Koerzivkraft Hc (79,6 A/m (Oe))
Sättigungsmagnetisierung (10&supmin;&sup4; T (Gauss))
Vergleichsbeispiel
wie oben
10000 (einzelne Schicht)
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Wie
in Tabelle 1 gezeigt ist, ist, wenn t (die
Schichtdicke einer Schicht) unterhalb 100 nm (1000 Å) liegt,
die Koerzivkraft Hc des beschichteten Films bemerkenswert
klein, und er zeigt eine exzellente weiche magnetische
Eigenschaft; und wenn t oberhalb 100 nm (1000 Å) liegt, werden die
weichen magnetischen Eigenschaften verschlechtert.
Andererseits zeigt der konventionelle einschichtige Nitridfilm keine
weiche magnetische Eigenschaft unabhängig von der Filmdicke.
Darüberhinaus ist die Sättigungsmagnetisierung 4πMs des
beschichteten Films von einem mittleren Wert zwischen demjenigen
des Nicht-Nitrid-Films und des Nitrid-Films.
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Dann wurden diese Filme für 10 Minuten bei 400ºC
erhitzt. Die magnetischen Eigenschaften von ihnen sind in
Tabelle 2 gezeigt. Fig. 1a zeigt ein Tiefenprofil (durch AES
gemessen) von Co und N der Probe F (vor dem Erhitzen). Fig. 1b
zeigt das Tiefenprofil von Co und N der Probe F' (nach dem
Erhitzen). Wie durch die Tiefenprofile von Fig. 1a und Fig. 1b
klar gezeigt ist, wurde festgestellt, daß der beschichtete
Film, der bei seiner Herstellung eine vielschichtige Struktur
hat, durch eine durch das Erhitzen hervorgerufene Diffusion
vom Element N zwischen den Schichten in einen bezüglich seiner
Zusammensetzung modulierten Film überführt wird. Die
Wellenlänge λ der Modulation der Zusammensetzung bzw.
konzentrationsmäßigen Modulation ist in Tabelle 2 gezeigt. Wie in Tabelle
2 gezeigt ist, verschwindet die weiche magnetische Eigenschaft
nicht, auch wenn der aus einer Schichtstruktur bestehende Film
in den bezüglich seiner Zusammensetzung modulierten Film
überführt wird. Je kleiner die Wellenlänge λ der Modulation der
Zusammensetzung wird, desto kleiner wird die Koerzivkraft Hc;
und insbesondere wird eine exzellente weiche magnetische
Eigenschaft realisiert, wenn λ unterhalb 200 nm (2000 Å) ist.
Ein erhitzter, bezüglich seiner Zusammensetzung modulierter
Film mit einem kleinen λ zeigt eine Tendenz, daß die
Sättigungsmagnetisierung 4πMs größer ist als der mittlere Wert des
aus dem Nitrid-Film und Nicht-Nitrid-Film bestehenden
geschichteten Films.
TABELLE 2
Beispiel (nach dem Erhitzen)
Wellenlänge λ (0,1 nm (Å)) der Modulation der Zusammensetzung
Koerzivkraft Hc (79,6 A/m (Oe))
Sättigungsmagnetisierung 4πMs (10&supmin;&sup4; T (Gauss))
Vergleichsbeispiel
Beispiel der vorliegenden Erfindung
wie oben
etwa 4000
(Beispiel 2)
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Durch das gleiche Verfahren wie in Beispiel 1 wurden
Nitrid-Filme und Nicht-Nitrid-Filme mit 40 um Dicke
hergestellt unter Verwendung eines Ziels aus Co&sub7;&sub1;Fe&sub5;Si&sub1;&sub2;B&sub1;&sub2; und
Ändern des N&sub2;-Partialdruckverhältnisses η). Das Verhältnis η wird
durch den folgenden Ausdruck definiert:
N&sub2;-Gaspartialdruck
Gasdruck
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Dann wurden geschichtete Filme dieser Nitrid-Schichten und
Nicht-Nitrid-Schichten durch periodisches Ändern von η
hergestellt, wobei jede Schicht eine Schichtdicke t von etwa 20 nm
(200 Å) hat.
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Darüberhinaus wurden resultierende geschichtete
Filme für 10 Minuten bei 450ºC erhitzt, um dadurch in ihrer
Zusammensetzung modulierte Filme zu erreichen. Die magnetische
Eigenschaft und die Verschleißbeständigkeit dieser
resultierenden Filme sind in Tabelle 3 gezeigt.
TABELLE 3
Betrag des teilweisen Verschleisses Δ1 (0,1nm (Å))
Korrosionsbeständigkeit
etwa 200
beinahe
vom Substrat abgelöst (nicht meßbar)
Film mit einer einzelnen Schicht
geschichteter Film
In seiner Zusammensetzung modulierter Film
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In Tabelle 3 ist für η des in seiner Zusammensetzung
modulierten Films ein gemittelter Wert gezeigt. Und der Strich
(&supmin;) wird über die Figur des Wertes η gesetzt. Zusätzlich wird
ein Betrag der teilweisen Abnutzung wie folgt gemessen:
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Wie in Fig. 2a gezeigt, wurde der Legierungsfilm 1
durch Substrate sandwichartig umgeben, und er wurde in die
Form eines Kopf-Chips gearbeitet und in einem
Videorekorder-Deck angebracht. Nach einer Bandlaufzeit von 500 Stunden wurde
der Betrag Δ1 des teilweisen Verschleisses, der in Fig. 2b
gezeigt ist, gemessen.
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Die Korrosionsbeständigkeit wurde ermittelt, indem
jede Probe zur Hälfte für 24 Stunden in Wasser getaucht wurde,
und der Grad der Änderung der Farbe am Grenzteil bestimmt
wurde. Wenn eine Änderung der Farbe insgesamt nicht
festgestellt wurde, wurde die Korrosionsbeständigkeit mit
bewertet. Wenn eine Änderung der Farbe nicht wesentlich
festgestellt wurde, wurde sie als bewertet. Wenn eine Änderung der
Farbe in einem kleinen Umfang festgestellt wurde, wurde sie
als Δ bewertet. Wenn eine Änderung der Farbe klar festgestellt
wurde, wurde sie als X bewertet.
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Probe 0, die unter einer Bedingung von η = 30
hergestellt wurde, blätterte von dem Substrat 2 ab. Ein Grund dafür
scheint zu sein, daß sich in dem Film eine Spannung aufbaute.
Dementsprechend konnten die Eigenschaften nicht gemessen
werden. Auf der anderen Seite trat kein Abblättern bei der Probe
T auf, die ein in der Zusammensetzung modulierter Film ist,
der hergestellt wurde, indem der geschichtete Film erhitzt
wurde, wobei λ etwa 40 nm (400 Å) wurde.
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Aus Tabelle 3 wird festgestellt, daß bei einem
geschichteten Film, wenn η > 1 (%) ist, und bei einem in seiner
Zusammensetzung modulierten Film, wenn > als (%) ist, die
Verschleißbeständigkeit und die Korrosionsbeständigkeit
verbessert sind. Um eine bemerkenswerte Abnahme der
Sättigungsmagnetisierung
und ein Abblättern des Legierungsfilms zu
verhindern, ist es darüberhinaus wünschenswert, daß η unterhalb 30%
(für den geschichteten Film) und unterhalb von % (für den
in seiner Zusammensetzung modulierten Film) liegt.
(Beispiel 3)
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Einschichtige amorphe Legierungsfilme, einschichtige
Nitrid-Legierungsfilme, geschichtete Legierungsfilme und in
ihrer Zusammensetzung modulierte Nitrid-Legierungsfilme wurden
durch verschiedene Arten von Legierungszielen hergestellt, auf
die gleiche Weise wie bei den Beispielen 1 und 2. Die
Eigenschaften dieser Filme sind in Tabelle 4 gezeigt.
TABELLE 4
Zusammensetzung des Ziels
4πMs (10&supmin;&sup4; T (Gauss))
teilw. Betrag der Abnutzung Δ1 (0,1nm (Å))
Korrosionsbeständigkeit
eine Schicht
etwa 300
beinahe 0
eine Schicht
etwa 500
beinahe 0
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Wie oben erwähnt, ist der stickstoffhaltige
magnetische Legierungsfilm der vorliegenden Erfindung einem einfachen
(einschichtigen) magnetischen Nitrid-Legierungsfilm in seinen
magnetischen Eigenschaften überlegen, und er ist auch einem
einfachen (einschichtigen) amorphen Legierungsfilm bezüglich
der Korrosionsbeständigkeit und Verschleißbeständigkeit
überlegen. Dementsprechend hat er bessere wünschenswerte
Eigenschaften für das Material eines magnetischen Kopfes oder
dergleichen.