DE68911082T2

DE68911082T2 - Weichmagnetischer Film mit hoher magnetischer Flussdichte sowie Magnetkopf.

Info

Publication number: DE68911082T2
Application number: DE89116184T
Authority: DE
Inventors: Yuuji Omata
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 1988-09-02
Filing date: 1989-09-01
Publication date: 1994-04-07
Anticipated expiration: 2009-09-02
Also published as: EP0360055B1; DE68911082D1; JPH0744110B2; EP0360055A1; US5091266A; JPH0268906A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Diese Erfindung betrifft eine weichmagnetische Schicht mit einer hohen magnetischen Sättigungsflußdichte und auch einen diese Schicht verwendenden Magnetkopf (einschließlich eines Dünnschicht-Magnetkopfes).
Aufzeichnungsmedien zum magnetischen Aufzeichnen/-Wiedergeben (oder Schreiben/Lesen) benötigen eine hohe Koerzitivkraft (Hc), während Materialien für magnetische Aufzeichnungsköpfe eine hohe magnetische Sättigungsflußdichte (Bs) benötigen. Herkömmlicherweise waren nur begrenzte Arten von hohe Bs-Werte zeigenden weichmagnetischen Kopfmaterialien erhältlich: amorphe Legierungen aus dem Fe-System und dem Co- System und auch Sendust-Legierungen können als Beispiele derartige Materialien erwähnt werden. Legierungen der vorstehend genannten Typen, die etwa 10.000 Gauss zeigen, sind für eine praktische Benutzung bekannt. Diese Legierungen können eine geringe Koerzitivkraft (Hc) und eine hohe magnetische Permeabilität (ui) und auch eine hohe magnetische Sättigungsflußdichte zur Verfügung stellen.
Zur Verwirklichung einer leistungsfähigeren magnetischen Aufzeichnung/Widergabe müssen Materialien verwendet werden, die noch höhere Bs-Werte zeigen. Diesbezüglich sind amorphe Legierungsschichten aus dem Fe-System ungeeignet, weil Sie den Erhalt einer genügend geringen Magnetostriktion nicht auf einfache Weise erlauben. Daneben weisen sie große Schwierigkeiten beim Liefern einer zufriedenstellenden Stabilität weichmagnetischer Eigenschaften auf, wenn sie wärmebehandelt werden. Amorphe Materialien aus Legierungen vom Co-System gestatten die Verwirklichung einer genügend geringen Magnetostriktion. Zusätzlich können einige von ihnen eine zufriedenstellende Stabilität für eine Wärmebehandlung zur Verfügung stellen. Jedoch beträgt der maximale Bs-Wert, den sie liefern können, höchstens etwa 14.000 Gauss. Vom praktischen Gesichtspunkt aus sind diejenigen, die hohe Bs-Werte aufweisen, immer noch ungeeignet bezüglich Ihrer Stabilität für eine Wärmebehandlung. Was Dünnschichten aus einer Sendust-Legierung angeht, sind diese vergleichsweise frei von dem Problem einer ungeeigneten thermischen Stabilität. Jedoch sind die weichmagnetischen Eigenschaften, die sie zur Verfügung stellen können, in keiner Weise ausreichend, der maximale, praktische Bs- Wert den sie zeigen, liegt höchstens in dem Bereich von 11.000 bis 12.000 Gauss.
Für eine praktische Verwendung sind Materialien erforderlich, die einen Bs-Wert von 15.000 Gauss oder mehr zeigen und die zufriedenstellende weichmagnetische Eigenschaften (niedrige Koerzitivkraft Hc) hohe Anfangspermeabilität (ui) und geringe Magnetostriktion (λs)) aufweisen.
Verschiedene Berichte wurden über die magnetischen Eigenschaften eines Fe-Co-Ni, ternären Legierungssystems, das als "Perminwar-Legierungen" bekannt ist, vorgelegt. Diese Legierungen sind jedoch auf Volumen (Festkörper) Materialien beschränkt. Bezüglich ihrer weichmagnetischen Eigenschaften ist im wesentlichen nichts über die Eigenschaften von Dünnschicht- Materialien bekannt, die im allgemeinen selbst wenn die Zusammensetzung gleich ist eine erhebliche Oberflächenorientierung zeigen.
Hier wird auf dünne Legierungsschichten Bezug genommen, die als ihre Hauptbestandteile Fe, Co und Ni enthalten. Die Schichten werden durch Bedampfen oder galvanische Metallabscheidung hergestellt und weisen eine kubisch-flächenzentrierte Gitterstruktur auf. Wie in Figur 1 dargestellt, hängt die magnetische Sättigungsflußdichte derartiger Dünnschichten grundsätzlich von der Menge an Ni- Atomen ab; eine weichmagnetische, einen Bs-Wert oberhalb von 12.000 zeigende Dünnschicht kann erhalten werden, wenn Ni < 70 at% . Dieser Bs-Wert kann mit herkömmlichen, weichmagnetischen Dünnschichten nicht erzielt werden. Wenn Ni ≤ 20 at% ist die kubischflächenzentrierte Gitterstruktur bei Zimmertemperatur jedoch nicht stabil, während die kubisch-raumzentrierte Gitterstruktur stabil wird, welche die weichmagnetischen Eigenschaften der Dünnschicht recht nachteilhaft beeinflußt. Wie in Figur 2 dargestellt, gilt dies auch für den Fall, für den gilt Fe ≥ 75 at% (d. h., 20 < Ni < 70 [%] und Fe < 75 % sind notwendige Bedingungen).
Normalerweise beeinflußen die magnetische Anisotropiekonstante und die Magnetostriktionskonstante eines Kristalls die weichmagnetischen Eigenschaften in einem hohen Ausmaß. Sie hängen nicht nur von der Elementzusammensetzung der Legierung ab, sondern unterscheiden sich im hohen Maß sowohl in ihrem Absolutwert als auch in ihrem Vorzeichen gemäß dem Wert der inkristallographischen Ebene. Ferner hängen sie in allgemeinen im hohen Maß von der Oberflächenorientierung des Dünnschichtmaterials und auch von der Korngröße und der Kornanordnung davon ab. Demgemäß unterscheiden sich die Daten dieser Dünnschichten von denjenigen der vorgenannten herkömmlichen Legierungen in der Form von Volumenmaterialien, selbst wenn die Zusammensetzung gleich ist.

KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Aufgabe dieser Erfindung ist die Schaffung einer Dünnschicht aus einer Legierung, die als ihre Hauptbestandteile Fe, Co, Ni im Verhältnis: 20% < Fe < 75%, 5% < Co < 45% und 20% < Ni < 70% (at%) enthält und bei der (110) oder (111) Ebenen einer kubisch-flächenzentrierten Gitterstruktur den Vorzug bei der Oberflächenorientierung ihrer Dünnschicht-Oberfläche erhalten (oder bei der (110) oder (111) Ebenen als bevorzugte Orientierung einer flächenzentrierten Stuktur an ihrer Dünnschicht-Oberfläche gegeben sind).
Mit Dünnschicht-Herstellungsverfahren, wie etwa Bedampfen mittels Sputtern, Elektronenstrahlbedampfen oder Galvanisieren ist die Verwirklichung einer Dünnschicht von Fe, Co und Ni als Hauptbestandteile enthaltenden Legierungen eines ternären Systems, an deren Dünnschichtoberfläche (110) oder (111) Ebenen einer kubisch-flächenzentrierten Gitterstruktur den Vorzug erhalten, möglich. Das kann durch Auswahl geeigneter Herstellungsbedingungen bewirkt werden. Bei einer eine derartige Oberflächenorientierung zeigenden Dünnschicht-Oberfläche wurden zufriedenstellende weichmagnetische Eigenschaften festgestellt. Gleichzeitig wurde herausgefunden, daß eine Dünnschicht einer Legierung die Zusammensetzung: Ni > 20 at%, Fe > 20 at% und Co < 45 at% aufweisen muß, bevor ihre Oberfläche zufriedenstellende weichmagnetische Eigenschaften liefern kann. Mit einer Zusammensetzung indem vorgenannten Bereich kann eine magnetische Anfangspermeabilität von ui > 300 und eine Koerzitivkraft von Hc < 3 Oe erhalten werden, indem die Oberflächenorientierung und auch die Korngröße und Kornanordnung auf geeignete Weise gesteuert wird. Wenn Co < 5 at% ist, wird die erhaltene Dünnschicht im wesentlichen identisch zu denjenigen Materialien, die herkömmlicherweise als Dünnschichten einer Legierung vom Ni-Fe-Typ bekannt waren, wie etwa eine Permalloy-Legierung.
Wie in den folgenden Beispielen gezeigt ist, kann eine die vorgenannten drei Elemente Fe, Co und Ni als Grundbestandteile enthaltende Legierung auf natürliche Weise zufriedenstellende weichmagnetische Eigenschaften liefern, wenn eine spürbare Menge (weniger als 5%) von zumindest einem aus der aus Cr, Ti, Zr, Hf oder dergleichen bestehenden Gruppe ausgewählten Element dazu hinzugefügt wird im Hinblick auf die Steuerung der Korngröße der Co-Kristalle, die zur Verbesserung der Antikorrosionseigenschaft der Schicht dienen. Die weichmagnetischen Eigenschaften sind in diesem Fall im wesentlichen gleichwertig zu oder höher als diejenigen, wenn kein viertes Element hinzugefügt wird, solange wie die Zugabe die Orientierung nicht im hohen Maß beeinflußt. Diese Anordnung beinhaltet keine große Verschlechtung beim Bs-Wert.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Figur 1 ist eine die Abhängigkeit weichmagnetischer Schichten mit hohen Sättigungsflußdichte gemäß einer ersten Ausführungsform dieser Erfindung von verschiedenen Zusammensetzungen der Hauptbestandteile Fe, Co und Ni zeigende graphische Darstellung;
Figur 2 ist eine graphische Darstellung, in der die Kristallstruktur bei Raumtemperatur der mittels Sputter-Bedampfens hergestellten Schichten vor einer Wärmebehandlung zeigt;
Figur 3a ist eine schematische, perspektivische Ansicht eines laminierten Videokopfes gemäß einer zweiten Ausführungsform dieser Erfindung;
Figur 3b ist eine vergrößerte Schnittansicht des Magnetspaltabschnitts desselben;
Figur 4a ist eine Draufsicht auf einen Dünnschicht- Magnetkopf gemäß einer dritten Ausführungsform dieser Erfindung; und
Figur 4b ist eine entlang der Linie IVB-IVB in Figur 4a genommene Schnittansicht.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN

Ausführungsformen dieser Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung beschrieben.
Figur 1 zeigt die Abhängigkeit von der Zusammensetzung (at%) weichmagnetischer Schichten mit einer hohen Sättigungsflußdichte gemäß der ersten Ausführungsform dieser Erfindung, die Fe, Co und Ni als ihre Hauptbestandteile enthalten.
Die in Figur 1 dargestellten Eigenschaften sind alle diejenigen von durch Sputterbedampfen hergestellten Schichten.
Figur 2 stellt die Ergebnisse einer Untersuchung der Kristallstrukturen von durch Bedampf en hergestellten Schichten vor einer Wärmerbehandlung dar. Die Untersuchung wurde an den in Figur 1 gezeigten Proben durchgeführt.
Tabelle 1 zeigt die weichmagnetischen Eigenschaften, wie etwa die magnetische Anfangspermeabilität (ui) und die Koerzitivkraft (Hc) der aus den in Figur 2 dargestellten Ergebnissen festgestellten, unterschiedlichen Kristallstrukturen im Vergleich zu Oberflächenorientierungen der Dünnschicht. Die Eigenschaften sind diejenigen von wärmerbehandelten Schichten, ermittelt unter Bedingungen von 700 ºC und 0,5 h oder 500 ºC und 0,5 h. Hier wurden die Proben nach der Wärmerbehandlung alle luftgekühlt.
Grundsätzlich beruhen die erfindungsgemäßen weichmagnetischen Schichten mit einer hohen Sättigungsflußdichte alle auf kubisch-flächenzentrierten Strukturen. Demgemäß, wie gut bekannt ist, kann als Ergebnis des Interferenzeffektes gebeugter Röntgenstrahlen keine Beugungslinie beobachtet werden, wenn daran eine Röntgenbeugung durchgeführt wird, mit der Ausnahme, in der alle Beugungsindizes (h, k, l) aus geraden Zahlen (einschließlich 0) oder ungeraden Zahlen bestehen. Wie aus den in Tabelle 1 dargestellten Ergebnissen gut entnommen werden kann, zeigt die Tatsache, daß (220) Beugungslinien im allgemeinen eine große Amplitude zeigen, an, daß (110) Ebenen eine große Neigungen zur Oberflächenorientierung bezüglich der Oberflächen der aufgedampften Schicht zeigen. Tabelle 1 Herstellungsverfahren Zusammensetzung (at%) Wärmebehandlungsverfahren (Luftkühlung) Anfangspermeabilität Koerzitivkraft Indizes vorherrschender Röntgenbeugungslinie Auswertung Sputterbedampfen gemischt -Fortsetzung- Tabelle 1 (Fortsetzung) Sputterbedampfen Galvanisieren keine Wärmebehandlung weniger als 100 -Fortsetzung- Tabelle 1 (Fortsetzung) Sputterbedampfen kubisch flächenzentrierte Gitterstruktur kubisch raumzentrierte Gitterstruktur hexagonal dichtest gepackte Struktur Ein Symbol O bedeutet: Eigenschaften einer Schicht sind gut Ein Symbol Δ bedeutet: Eigenschaften einer Schicht sind beinahe gut Ein Symbol X bedeutet: Eigenschaften einer Schicht sind minderwertig
Die Figuren 3a und 3b stellen einen laminierten Videokopf-Kern unter Verwendung einer mittels Sputter-bedampfens hergestellten Schicht gemäß der zweiten Ausführungsform dieser Erfindung dar, die Fe, Co und Ni als ihre Hauptbestandteile enthält und die eine hohe magnetische Sättigungsflußdichte aufweist. Mit diesem laminerierten Videokopf-Kern wurden zufriedenstellende magnetische Aufzeichnung-/Wiedergabeeigenschaften erhalten. Der dargestellte Videokopf besteht aus zwei laminierten Körpern, von denen jeder eine zwischen nicht magnetischen Trägern 2 und 3 eingefügte magnetische Kernlage 1 umfaßt, wobei die laminierten Körper über darin vorgesehene Magnetspalte 4 Seite an Seite angeordnet sind. Bezugszeichen 5 bezeichnet ein Fenster für Spulenwindungen.
Figuren 4a und 4b zeigen einen Dünnschicht-Magnetkopf, umfassend eine niedrigere und eine höhere magnetische Dünnschichtlage, verwendet als Joch-Material.
Die Lagen waren weichmagnetische Ligierungsschichten gemäß der dritten Ausführungsform dieser Erfindung, die Fe, Co und Ni als ihre Hauptbestandteile enthalten und die eine hohe magnetische Sättigungsflußdichte zeigen. Die Schichten werden auch in einem uniaxialen Magnetfeld galvanisiert. Mit diesem Dünnschicht-Magnetkopf wurden zufriedenstellende magnetische Aufzeichnungs-/Wiedergabeeigenschaften erhalten. Der dargestellte Kopf umfaßt einen Träger 6 und eine mit einer Isolierlage 7 dazwischen, darauf gebildete untere magnetische Lage 8. Er umfaßt ferner eine auf der unteren magnetischen Lage 8 gebildete Spaltlage 9, eine Isolierlage 10, eine Spulenlage 12 und eine obere magnetische Lage 11 wobei die Lagen in dieser Reihenfolge eine auf der anderen lamminiert sind. An dem Kopfendabschnitt 14 liegen die untere magnetische Lage 8 und die obere magnetische Lage 11 einander nur mit der Spaltlage dazwischen gegenüber. Bezugszeichen 13 bezeichnet eine Schutzlage.
Wie aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich ist, schlägt diese Erfindung eine weichmagnetische Schicht mit einer hohen magnetischen Sättigungsschlußdichte vor. Diese weichmagnetische Schicht hilft bei der Verwirklichung verschiedener Arten von Magnetköpfen, die eine verbesserte magnetische Aufzeichnung-/Wiedergabe-Leistungsfähigkeit liefern.

Claims

1. Weichmagnetische Schicht mit einer hohen magnetischen Sättigungsflußdichte, hergestellt aus einer als Hauptbestandteile Fe, Co und Ni in dem Verhältnis: 20% < Fe < 75%, 5% < Co < 45% und 20% < Ni < 70% (at-%) enthaltenden und eine Struktur, in welcher als bevorzugte kristallographische Orientierung (110) oder (111) Ebenen einer kubisch flächenzentrierten Gitterstruktur an ihrer Dünnschichtoberfläche vorliegen, aufweisenden Legierung.

2. Weichmagnetische Schicht mit einer hohen magnetischen Sättigungsflußdichte nach Anspruch 1, bei der eine Dünnschicht aus einer Fe, Co und Ni als Hauptbestandteile enthaltenden Legierung durch Verdampfen hergestellt ist.

3. Weichmagnetische Schicht mit einer hohen magnetischen Sättigungsflußdichte nach Anspruch 1, bei der eine Dünnschicht aus einer Fe, Co und Ni als Hauptbestandteile enthaltenden Legierung durch Galvanisieren hergestellt ist.

4. Weichmagnetische Schicht mit einer hohen magnetischen Sättigungsflußdichte nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der weniger als 5 at% von zumindest einem aus der aus Cr, Ti, Zr oder Hf bestehenden Gruppe ausgewählten Element einer Fe, Co und Ni als Hauptbestandteile enthaltenden Dünnschichtlegierung hinzugefügt ist.

5. Magnetischer Kopf, der eine Fe, Co und Ni in dem Verhältnis: 20% < Fe < 75%, 5% < Co < 45% und 20% < Ni < 70% (at-%) als Hauptbestandteile enthaltenden und eine Struktur, in der als bevorzugte kristallographische Orientierung (110) oder (111) Ebenen einer kubisch flächenzentrierten Gitterstruktur an ihrer Dünnschichtoberfläche vorliegen, aufwiesende wiechmagnetische Schicht mit hoher magnetischer Sättigungsflußdichte verwendet.