JPH0573242B2 - - Google Patents
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- JPH0573242B2 JPH0573242B2 JP61054054A JP5405486A JPH0573242B2 JP H0573242 B2 JPH0573242 B2 JP H0573242B2 JP 61054054 A JP61054054 A JP 61054054A JP 5405486 A JP5405486 A JP 5405486A JP H0573242 B2 JPH0573242 B2 JP H0573242B2
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y25/00—Nanomagnetism, e.g. magnetoimpedance, anisotropic magnetoresistance, giant magnetoresistance or tunneling magnetoresistance
-
- 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
-
- H—ELECTRICITY
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- H01F10/00—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
- H01F10/32—Spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Thin Magnetic Films (AREA)
Description
産業上の利用分野
本発明は、磁気ヘツド等に適した軟磁性合金膜
及びその形成法に関する。 従来の技術 従来よりArガス中にN2ガスを混入させたスパ
ツター法や、窒化物をターゲツトに用いたスパツ
ター法により、窒素を含む磁性合金膜の作成が試
みられて来た。これらのものには、Fe、Co、Ni
とガラス化元素B、Si、Al、P、C等より成る
合金の窒化膜(特開昭54−94428号公報、及び同
60−152651号公報)や、Feの窒化物の研究があ
る(ジヤーナル オブ アプライドフイジツクス
(J.Appl Phys.)53(11)P8332〜34(1982))。前者に
おいては、たとえばFe−B系を窒化したFe−B
−Nにおいては垂直磁気異方性が増加したりし
て、Fe−B系合金の有する軟磁性がそこなわれ、
抗磁力Hcの大きな磁性膜になるほか、飽和磁化
4πMSもN含有量と伴に低下する事が知られてい
る。後者においては微量のNを含む場合4πMSは
むしろFeのそれより微かに増加するが、このFe
−N系合金膜のHcはやはり大きく軟磁性を示さ
ないことが知られている。 発明が解決しようとする問題点 本発明は上述の問題点を解決し、窒化物特有の
耐摩耗性と金属合金よりも高い比抵抗を有し、か
つ軟磁性をさほどそこなう事なく高い4πMSを維
持する事を可能とするものである。 問題点を解決するための手段 本発明による軟磁性合金膜は、次の組成式で表
わされるメタルーメタル系合金の窒化物から構成
される。 TxMyNz ……(1) ただし TはFe又はCoを主成分としFe、Co、Mnより
なる群から選ばれた少なくとも1種の金属、Mは
Nb、Zr、Ti、Ta、Wより成る群から選ばれた
少くとも1種の金属、 Nは窒素 であり、x、y、zは各々原子パーセントを表
し、 75≦x<94 6≦y<25 0.1≦z≦20 x+y+z=100 ……(2) である。 作 用 (1)式で示した組成の(スパツター)合金膜は窒
化物でありながら z≦20 ……(3) である時、(1)式においてz=0である窒化してい
ない合金膜に比べて飽和磁化4πMSの減少が少な
く、又この範囲内で窒素を適当量含有する時増加
する。さらに窒化しても窒化する前の合金膜の軟
磁性が従来知られているような窒化膜と異なつ
て、(3)式の範囲内であまりそこなわれない。なお
窒化した事による耐摩性向上の効果が現われるに
は 0.1≦z ……(4) である事が必要である。 又磁気特性として優れた軟磁性を得る為には 6≦y ……(5) (即ちx<94) である事が必要であり、磁気ヘツド用等への応用
を考えた場合4πMS≧5000Gaussである為には 75≦x ……(6) (即ちy<25)である事が必要である。 又この合金膜と、窒化されていない、極めて優
れた軟磁性を示すメタル−メタル系合金膜 TxMy ……(7) (x+y=100のほか定義は(2)式に同じ) を交互に積層して多層膜化する事により全体とし
て耐摩性がよくかつ軟磁性をも有する多層膜が得
られ、1層の厚さをtとする時、 t≦1000Å でその多層膜化の効果が著しく、TxMyNz部とTx
My部との間の偏摩耗もほとんどなく、かつTxMy
Nz膜部の軟磁性の改善度も大で全体として優れ
た軟磁性をも合せ持つ。 すなわち、窒化する事により多少そこなわれる
軟磁気特性も(7)式で表わされ(5)、(6)の組成範囲
の、優れた軟磁気特性を有する事が知られている
メタル−メタル系合金膜(USP−4437912)と交
互に重ねて多層膜化する事により改善され得る。 実施例 実施例 1 Co85Nb10Zr5なる組成のターゲツトを用い、Ar
中にN2を0.1〜50%混合したガスを用いて反応ス
パツター法により厚さ1μmの窒化膜を作成した。
比較の為、Fe、Fe80B20なる組成のターゲツトを
同じ条件でスパツターしこれらの窒化膜を作成
し、特性の比較を行なつた結果を第1図に示す。
同図のデータよりわかるように、本発明合金Co
−Nb−Zr−Nは窒化によつてもその軟磁性が比
較的劣化しにくく、かつ4πMSは窒化によつて減
少しないばかりか、むしろx=10%で極大を示
し、微かながらこの付近で増大を示す事がわかつ
た。 第2図に示した分析結果とこのデータとの比較
により、膜幅にNを約20%以下含むものはHcも
比較的小さく又4πMSも減少せず、磁気ヘツド用
軟磁性合金として有望であることがわかる。 これに反し、メタル−メタロイド系のものは第
1図に示したFe−B−Nのデータからもわかる
ように、窒化により4πMSが比較的早く減少する
ほか、本発明のCo−Nb−Zr−Nの場合と比較し
て窒化によるHcの増大も大きい。又Feの窒化膜
Fe−Nはある窒素含有量に対しFe膜よりもむし
ろ4πMSが増加するものの、Hcが極めて大きく軟
磁性体としては実用的でない。 実施例 2 実施例1と同じターゲツトを用い、スパツター
中に1定時間間隔をおいてArガス中にN2ガスを
10%混合する事により、Co−Nb−ZrとCo−Nb
−Zr−Nの多層膜を作成した。このN2ガスを混
合してスパツターする時間を変化させる事によ
り、Co−Nb−Zr−N膜の膜厚tを変化させた、
又N2混合スパツター時間と非混合スパツター時
間を等しくする事により、Co−Nb−Zr膜の膜厚
t′はほぼtと等しくなるようにした(厳密にはわ
ずかながらt′>tである)。得られた多層膜の総
厚は約12μmとなるようにして、作成した多層膜
は以下の通りである。 試料1:t9500Å、t′10500Å、層数n=12 試料2:t2800Å、t′3200Å、n=40 試料3:t1000Å、t′1000Å、n=120 試料4:t300Å、t′300Å、n=400 試料5:t100Å、t′100Å、n=1200 これらの多層膜をもう1枚の基板でサンドイツ
チして接着し、多層膜側面がテープ摺動面となる
ように磁気ヘツドチツプ形状に加工し市販の
VTRデツキに取付け、テープを100時間走行させ
た後のテープ摺動面の偏摩耗を調べた。窒化膜部
は窒化されていない膜部よりも耐摩耗性がある
為、第3図に示したような偏摩耗Δlが生ずる。
このΔlを多層膜の1層の膜厚tの関数として第
3図に示した。又作成した多層膜のHcもtの関
数として同図に示した。実験結果よりもtの減少
とともにΔl、Hcとも減少しt≦1000Åでその効
果が著しい事がわかつた。 実施例 3 各種合金ターゲツトを用い、種々の(Ar+
N2)混合ガスでスパツターし合金膜を作成し、
それらの膜の諸特性を比較した。なお合金膜は熱
膨張係数αが約120の水冷したガラス基板上にrf2
極スパツター装置を用い投入電力350W、ガス圧
10×10-2Torrで形成した。結果を以下の表に示
す。N2分圧0.1%でも硬度は上昇する事がわかつ
た。
及びその形成法に関する。 従来の技術 従来よりArガス中にN2ガスを混入させたスパ
ツター法や、窒化物をターゲツトに用いたスパツ
ター法により、窒素を含む磁性合金膜の作成が試
みられて来た。これらのものには、Fe、Co、Ni
とガラス化元素B、Si、Al、P、C等より成る
合金の窒化膜(特開昭54−94428号公報、及び同
60−152651号公報)や、Feの窒化物の研究があ
る(ジヤーナル オブ アプライドフイジツクス
(J.Appl Phys.)53(11)P8332〜34(1982))。前者に
おいては、たとえばFe−B系を窒化したFe−B
−Nにおいては垂直磁気異方性が増加したりし
て、Fe−B系合金の有する軟磁性がそこなわれ、
抗磁力Hcの大きな磁性膜になるほか、飽和磁化
4πMSもN含有量と伴に低下する事が知られてい
る。後者においては微量のNを含む場合4πMSは
むしろFeのそれより微かに増加するが、このFe
−N系合金膜のHcはやはり大きく軟磁性を示さ
ないことが知られている。 発明が解決しようとする問題点 本発明は上述の問題点を解決し、窒化物特有の
耐摩耗性と金属合金よりも高い比抵抗を有し、か
つ軟磁性をさほどそこなう事なく高い4πMSを維
持する事を可能とするものである。 問題点を解決するための手段 本発明による軟磁性合金膜は、次の組成式で表
わされるメタルーメタル系合金の窒化物から構成
される。 TxMyNz ……(1) ただし TはFe又はCoを主成分としFe、Co、Mnより
なる群から選ばれた少なくとも1種の金属、Mは
Nb、Zr、Ti、Ta、Wより成る群から選ばれた
少くとも1種の金属、 Nは窒素 であり、x、y、zは各々原子パーセントを表
し、 75≦x<94 6≦y<25 0.1≦z≦20 x+y+z=100 ……(2) である。 作 用 (1)式で示した組成の(スパツター)合金膜は窒
化物でありながら z≦20 ……(3) である時、(1)式においてz=0である窒化してい
ない合金膜に比べて飽和磁化4πMSの減少が少な
く、又この範囲内で窒素を適当量含有する時増加
する。さらに窒化しても窒化する前の合金膜の軟
磁性が従来知られているような窒化膜と異なつ
て、(3)式の範囲内であまりそこなわれない。なお
窒化した事による耐摩性向上の効果が現われるに
は 0.1≦z ……(4) である事が必要である。 又磁気特性として優れた軟磁性を得る為には 6≦y ……(5) (即ちx<94) である事が必要であり、磁気ヘツド用等への応用
を考えた場合4πMS≧5000Gaussである為には 75≦x ……(6) (即ちy<25)である事が必要である。 又この合金膜と、窒化されていない、極めて優
れた軟磁性を示すメタル−メタル系合金膜 TxMy ……(7) (x+y=100のほか定義は(2)式に同じ) を交互に積層して多層膜化する事により全体とし
て耐摩性がよくかつ軟磁性をも有する多層膜が得
られ、1層の厚さをtとする時、 t≦1000Å でその多層膜化の効果が著しく、TxMyNz部とTx
My部との間の偏摩耗もほとんどなく、かつTxMy
Nz膜部の軟磁性の改善度も大で全体として優れ
た軟磁性をも合せ持つ。 すなわち、窒化する事により多少そこなわれる
軟磁気特性も(7)式で表わされ(5)、(6)の組成範囲
の、優れた軟磁気特性を有する事が知られている
メタル−メタル系合金膜(USP−4437912)と交
互に重ねて多層膜化する事により改善され得る。 実施例 実施例 1 Co85Nb10Zr5なる組成のターゲツトを用い、Ar
中にN2を0.1〜50%混合したガスを用いて反応ス
パツター法により厚さ1μmの窒化膜を作成した。
比較の為、Fe、Fe80B20なる組成のターゲツトを
同じ条件でスパツターしこれらの窒化膜を作成
し、特性の比較を行なつた結果を第1図に示す。
同図のデータよりわかるように、本発明合金Co
−Nb−Zr−Nは窒化によつてもその軟磁性が比
較的劣化しにくく、かつ4πMSは窒化によつて減
少しないばかりか、むしろx=10%で極大を示
し、微かながらこの付近で増大を示す事がわかつ
た。 第2図に示した分析結果とこのデータとの比較
により、膜幅にNを約20%以下含むものはHcも
比較的小さく又4πMSも減少せず、磁気ヘツド用
軟磁性合金として有望であることがわかる。 これに反し、メタル−メタロイド系のものは第
1図に示したFe−B−Nのデータからもわかる
ように、窒化により4πMSが比較的早く減少する
ほか、本発明のCo−Nb−Zr−Nの場合と比較し
て窒化によるHcの増大も大きい。又Feの窒化膜
Fe−Nはある窒素含有量に対しFe膜よりもむし
ろ4πMSが増加するものの、Hcが極めて大きく軟
磁性体としては実用的でない。 実施例 2 実施例1と同じターゲツトを用い、スパツター
中に1定時間間隔をおいてArガス中にN2ガスを
10%混合する事により、Co−Nb−ZrとCo−Nb
−Zr−Nの多層膜を作成した。このN2ガスを混
合してスパツターする時間を変化させる事によ
り、Co−Nb−Zr−N膜の膜厚tを変化させた、
又N2混合スパツター時間と非混合スパツター時
間を等しくする事により、Co−Nb−Zr膜の膜厚
t′はほぼtと等しくなるようにした(厳密にはわ
ずかながらt′>tである)。得られた多層膜の総
厚は約12μmとなるようにして、作成した多層膜
は以下の通りである。 試料1:t9500Å、t′10500Å、層数n=12 試料2:t2800Å、t′3200Å、n=40 試料3:t1000Å、t′1000Å、n=120 試料4:t300Å、t′300Å、n=400 試料5:t100Å、t′100Å、n=1200 これらの多層膜をもう1枚の基板でサンドイツ
チして接着し、多層膜側面がテープ摺動面となる
ように磁気ヘツドチツプ形状に加工し市販の
VTRデツキに取付け、テープを100時間走行させ
た後のテープ摺動面の偏摩耗を調べた。窒化膜部
は窒化されていない膜部よりも耐摩耗性がある
為、第3図に示したような偏摩耗Δlが生ずる。
このΔlを多層膜の1層の膜厚tの関数として第
3図に示した。又作成した多層膜のHcもtの関
数として同図に示した。実験結果よりもtの減少
とともにΔl、Hcとも減少しt≦1000Åでその効
果が著しい事がわかつた。 実施例 3 各種合金ターゲツトを用い、種々の(Ar+
N2)混合ガスでスパツターし合金膜を作成し、
それらの膜の諸特性を比較した。なお合金膜は熱
膨張係数αが約120の水冷したガラス基板上にrf2
極スパツター装置を用い投入電力350W、ガス圧
10×10-2Torrで形成した。結果を以下の表に示
す。N2分圧0.1%でも硬度は上昇する事がわかつ
た。
【表】
【表】
実施例 4
本発明多層合金膜をAr中のN2混合比が0と10
%の間で一定時間間隔で変化させ1層の膜厚約
300Åのものを400層重ねて総厚12μmとし実施例
2と同様の実験を行なつた。結果を以下に示す。
%の間で一定時間間隔で変化させ1層の膜厚約
300Åのものを400層重ねて総厚12μmとし実施例
2と同様の実験を行なつた。結果を以下に示す。
【表】
ただし表中において単層膜とは、比較のため
N2ガス混合比を0%と10%に固定して作成した
膜厚12μmの単層膜であり、摩耗量lは、100時
間走行後の総摩耗量であり、偏摩耗は多層膜の窒
化膜部と非窒化膜部との間に生ずるものである。
多層膜化により窒化膜よりもHcが小さく、又摩
耗量は単層の非窒化膜より少なくなつており特性
が改善されている事がわかる。 発明の効果 本発明の軟磁性合金膜は、高い電気抵抗と高硬
度を有し、かつ窒化物でありながら窒化による飽
和磁化の劣化が少なく、逆に増加する場合もあり
磁気ヘツド等の応用に適した軟磁性合金膜であ
る。
N2ガス混合比を0%と10%に固定して作成した
膜厚12μmの単層膜であり、摩耗量lは、100時
間走行後の総摩耗量であり、偏摩耗は多層膜の窒
化膜部と非窒化膜部との間に生ずるものである。
多層膜化により窒化膜よりもHcが小さく、又摩
耗量は単層の非窒化膜より少なくなつており特性
が改善されている事がわかる。 発明の効果 本発明の軟磁性合金膜は、高い電気抵抗と高硬
度を有し、かつ窒化物でありながら窒化による飽
和磁化の劣化が少なく、逆に増加する場合もあり
磁気ヘツド等の応用に適した軟磁性合金膜であ
る。
第1図は本発明合金Co−Nb−Zr−Nと従来例
であるFe−N、Fe−B−N合金の飽和磁化と抗
磁力のプラズマ中のN2ガス混合比依存性を示す
グラフ、第2図はN2ガス混合比とスパツター法
で作成した膜中のNの原子%との相関を示すグラ
フ、第3図は(Co−Nb−Zr/Co−Nb−Zr−N)
n多層膜の偏摩耗量Δlと抗磁力Hcの1層の膜厚依
存性を示すグラフである。
であるFe−N、Fe−B−N合金の飽和磁化と抗
磁力のプラズマ中のN2ガス混合比依存性を示す
グラフ、第2図はN2ガス混合比とスパツター法
で作成した膜中のNの原子%との相関を示すグラ
フ、第3図は(Co−Nb−Zr/Co−Nb−Zr−N)
n多層膜の偏摩耗量Δlと抗磁力Hcの1層の膜厚依
存性を示すグラフである。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 組成の一般式がTxMyNzで示され、TはFe、
Coを主成分としFe、Co、Mn、Niより成る群か
ら選択された少なくとも1種の金属、MはNb、
Zr、Ti、Ta、W、Cr、Hfより成る群から選択さ
れた少なくとも1種の金属、NはN(窒素)であ
つて、原子パーセントを表すx、y、zがそれぞ
れ 75≦x<94、 6≦y<25、 0.1≦z≦20、 x+y+z=100 である組成から成る軟磁性合金膜。 2 TxMyNzで示される組成より成る磁性合金膜
と、TxMyで示される組成よりなる磁性合金膜と
を交互に重ねた多層膜から成り、TはFe、Coを
主成分としFe、Co、Mn、Niより成る群から選
択された少なくとも1種の金属、MはNb、Zr、
Ti、Ta、W、Cr、Hfより成る群から選択された
少なくとも1種金属、NはN(窒素)であつて、
x、y、zは原子パーセントを表すx、y、zが
それぞれ 75≦x<94、 6≦y<25、 0.1≦z≦20、 x+y+z=100 である組成から成る軟磁性合金膜。 3 多層膜の1層の膜厚をtとする時 t≦1000Å である特許請求の範囲第2項記載の軟磁性合金
膜。 4 Tx′My′で示される組成より成る合金ターゲ
ツトを用いてスパツター法により磁性合金膜を形
成する際、Arスパツターガス中にN2ガスを周期
的に混合することによりTxMyNzで示される組成
の層とTx′My′で示される組成の層とを交互に積
み重ねて多層とし、かつ前記合金ターゲツトおよ
び前記両層のそれぞれの組成がTはFe、Coを主
成分としてFe、Co、Mn、Niより成る群から選
択された少なくとも1種の金属、MはNb、Zr、
Ti、Ta、W、Cr、Hfより成る群から選択された
少なくとも1種の金属、NはN(窒素)であつて、
x、y、zおよびx′、y′は原子パーセントを表す
x、y、z、x′およびy′がそれぞれ75≦x<94、
6≦y<25、0.1≦z≦20、x+y+z=100、75
≦x′<94、6≦y′<25、x′+y′=100である軟磁性
合金膜の形成法。 5 1層の層厚が1000Å以下となるようにN2ガ
スの混合周期を設定する特許請求の範囲第4項記
載の軟磁性合金膜の形成法。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5405486A JPS62210607A (ja) | 1986-03-12 | 1986-03-12 | 軟磁性合金膜及びその形成法 |
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