JPH06251311A - 軟磁性膜の製造方法と磁気ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は磁気記録再生装置に用いられる軟磁
性膜の製造方法と磁気ヘッドに関するもので、高保磁力
媒体に対しても、記録再生特性の優れた積層型磁気ヘッ
ドに用いるコア材料を量産性高く提供することを目的と
する。 【構成】 本質的に異方性磁界の小さいＦｅを主成分と
し、ＮとＭ（Ｍは、Ｔａ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔｉの少
なくとも１種以上の元素）を含む特定の組成、及び特定
の膜構造を有する軟磁性膜を、基板に僅かな負のバイア
スを印加して作製することにより、記録再生特性の優れ
た積層型磁気ヘッドに用いるコア材料を量産性高く提供
することが出来る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁気録画再生装置（Ｖ
ＴＲ）、磁気録音再生装置等の磁気記録再生装置におけ
る磁気ヘッド等に用いられる軟磁性膜の製造方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】近年の磁気記録分野における高密度記録
化の要求に対して、高保磁力媒体に対応した高性能磁気
ヘッドの開発が進められている。高密度記録を達成する
ためには、磁気ヘッドのトラック幅やギャップ長を極力
小さく設定し、高い飽和磁束密度と高透磁率を有する磁
気ヘッドを作製することが必要となってきた。

【０００３】このような要求に対して、磁気ヘッドとし
ては、軟磁性膜と絶縁膜とをトラック幅方向に交互に積
層したコア材料が基板で挟持され、前記コア材料で磁気
回路が形成されるタイプのリング型の積層型ヘッドや、
磁路の大部分がフェライトで構成され、磁気的に飽和し
やすい磁気ギャップ近傍にのみ軟磁性膜を設けた磁気ヘ
ッド（ＭＩＧヘッドと呼ばれている）が開発されてい
る。前記積層型ヘッドはＭＩＧヘッドと比較して、疑似
出力の影響がなく、高周波での摺動ノイズが小さく、高
周波帯域で高い再生効率が得られるという利点がある。

【０００４】また、磁気ヘッドの特性は、それに使用す
るコア材料の材料特性に密接に関連しており、高密度記
録を達成するためには、磁気ヘッドのコア材料の特性と
して、高い飽和磁束密度（主に記録特性に影響）と高透
磁率（主に再生特性に影響）が要求されている。

【０００５】この様な要求に対して、前記積層型ヘッド
のコア材料としては、等方的な高透磁率特性が要求さ
れ、現在センダスト（Ｆｅ-Ａｌ-Ｓｉ系合金）膜やＣｏ
基非晶質合金膜が実用化されている。

【０００６】しかしながら、センダスト膜やＣｏ基非晶
質合金膜の飽和磁束密度は約１Ｔ前後と低く、更に、高
い保磁力媒体を用いて高密度記録を実現するためには、
これら従来の材料では飽和磁束密度に限界がある。

【０００７】そこで、高い飽和磁束密度と高透磁率を有
する軟磁性膜の研究開発が盛んに行なわれている。その
一つとして、Ｆｅ-Ｍ-Ｎ系膜（ただし、ＭはＺｒ、Ｈ
ｆ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａの少なくとも１種以上の元素）が
研究されている。これらの軟磁性膜は、Ｆｅ基軟磁性膜
であることから、本質的に膜面内の異方性磁界は小さ
く、（図６）に示すような基板７とターゲット８が平行
に対向した方式のスパッタ法で作製した前記軟磁性膜
は、等方的な軟磁性を示し易く、特に、Ｆｅ-Ｔａ-Ｎ系
膜は、等方的な優れた軟磁気特性（１ＭＨｚにおける複
素透磁率の実数部μ′は、４０００以上）を示す（第１
５回日本応用磁気学会学術講演概要集 １ｐＥ-１）。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記基
板とターゲットが平行に対向した方式のスパッタ法にお
いても、基板面積、及びターゲット面積を大きくした量
産装置になると、ターゲットから斜め入射で飛来する原
子が基板に付着する確率が高くなるため、自己陰影効果
により、作製した膜の透磁率特性に異方性を生じるとい
う課題を生じる。前記積層型ヘッドのコア材料として、
斜め入射に起因する大きな異方性の生じた軟磁性膜を用
いた場合、良好なヘッド出力が得られないという課題を
生じる。

【０００９】本発明は、ターゲットと基板が平行に対向
した方式の量産化スパッタ装置を用いて、Ｆｅ-Ｍ-Ｎ系
膜（ただし、ＭはＺｒ、Ｈｆ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａの少な
くとも１種以上の元素）、またはＦｅ-Ｍ-Ｂ-Ｎ系膜を
形成する基板に、小さな負のバイアスを印加しながら、
前記軟磁性膜を形成することにより、高飽和磁束密度と
低磁歪の等方的な高透磁率特性を有する軟磁性膜が得ら
れるという事実に基づいてなされたもので、上述の問題
点を解決した積層型磁気ヘッドを提供せんとするもので
ある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、Ｆｅを主成分
とし、Ｎを５〜２０原子％含むと共にＭ（ただし、Ｍ
は、Ｔａ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔｉの少なくとも１種以
上の元素）を５〜１５原子％含む組成を有するＦｅ-Ｍ-
Ｎ系膜、または前記Ｆｅ-Ｍ-Ｎ系膜にＢを０.５〜１３
原子％添加したＦｅ-Ｍ-Ｂ-Ｎ系膜を形成する基板に、
小さな負のバイアスを印加しながら、前記軟磁性膜を形
成することにより、高飽和磁束密度と低磁歪の等方的な
高透磁率特性を有する軟磁性膜が、量産性高く得られる
という事実に基づいてなされたもので、量産性良く、良
好なヘッド出力を示す前記積層型磁気ヘッドを提供する
ことが出来る。

【００１１】

【作用】（請求項１）の発明の構成によれば、Ｆｅを主
成分とし、Ｎを５〜２０原子％含むと共にＭ（ただし、
Ｍは、Ｔａ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔｉの少なくとも１種
以上の元素）を５〜１５原子％含む組成を有する軟磁性
膜を形成する基板に、１５０〜２７８０Ｗ／ｍ²の負の
バイアスを印加しながら、前記軟磁性膜を形成するもの
であるから、高飽和磁束密度と低磁歪の等方的な高透磁
率特性を有する軟磁性膜が、量産性高く得られる。

【００１２】特に、（請求項２）の発明の構成によれ
ば、Ｆｅを主成分とし、Ｎを５〜２０原子％含むと共に
Ｔａを５〜１５原子％含む組成を有する軟磁性膜を形成
する基板に、１５０〜２７８０Ｗ／ｍ²の負のバイアス
を印加しながら、前記軟磁性膜を形成するものであるか
ら、高飽和磁束密度と低磁歪の等方的な高透磁率特性を
有する軟磁性膜が、量産性高く得られる。

【００１３】また、（請求項３）の発明の構成によれ
ば、（請求項１）または（請求項２）のいずれかに記載
の製造方法で作製した軟磁性膜が、添加元素としてＢを
０.５〜１３原子％含む組成を有するものであるから、
更に高い熱処理温度で、高飽和磁束密度と低磁歪の等方
的な高透磁率特性を有する軟磁性膜が、量産性高く得ら
れる。

【００１４】（請求項４）の発明の構成によれば、（請
求項１）〜（請求項３）のいずれかに記載の製造方法に
より作製された軟磁性膜と絶縁膜とを交互に積層したコ
ア材料で磁気回路が形成された積層型磁気ヘッドである
から、量産性良く、良好なヘッド出力を得る事が出来
る。

【００１５】

【実施例】量産用ＲＦ２極スパッタ装置を用いて、縦１
２７ｍｍ、横３８１ｍｍの長方形のＦｅ-Ｔａの合金タ
ーゲットを用い、Ａｒガス中にＮ₂ガスを導入する反応
性スパッタ法により、Ｆｅ-Ｔａ-Ｎ系軟磁性膜を作製し
た。基板をセットする基板ホルダーの有効面積は、２.
７×１０^-2ｍ²（縦１００ｍｍ、横２７０ｍｍで、基板
ホルダー全体に負のバイアスを０〜２００Ｗ（パワー密
度に換算すると０〜７４００Ｗ／ｍ²）の範囲で印加
し、熱膨張係数１１５×１０^-7／゜Ｃの水冷した非磁性
セラミックス基板上に、膜厚約２μｍのＦｅ-Ｔａ-Ｎ系
軟磁性膜を形成した。

【００１６】作製したＦｅ-Ｔａ-Ｎ膜の組成は、ＲＢＳ
（ラザフォード後方散乱）分析の結果、Ｔａ１０.５原
子％、Ｎ１２.５原子％、残余Ｆｅであった。否可避的
に数原子％のＡｒ、または酸素が不純物として、膜中に
含有することもある。作製した膜は、真空中、無磁界中
で５５０゜Ｃの温度で１時間の熱処理を行った。これら
の膜の１ＭＨｚにおける複素透磁率の実数部μ'、保磁
力Ｈc、飽和磁歪λs、及び飽和磁束密度Ｂsの測定を行
なった。μ'およびＨcの測定は、（図３）に示すよう
に、非磁性基板１上に形成した軟磁性膜２の面内で行な
った。異方性の生じた膜は、一軸異方性であり、（図
３）のＸ方向、または、それに直角方向のＹ方向が磁化
容易軸方向になった。これらの膜の飽和磁束密度Ｂs
は、１.５〜１.６Ｔであった。

【００１７】１ＭＨｚにおける複素透磁率の実数部μ'
と基板ホルダー全体に印加した負のバイアスの関係を
（図１）に示す。（図１）より、無バイアスで作製した
膜には、斜め入射による、大きな一軸異方性（Ｘ方向の
μ'は５６００、Ｙ方向のμ'は２２０）が誘導されてい
ることが分かる。そして、印加した負のバイアスが４〜
７５Ｗ（パワー密度に換算すると１５０〜２７８０Ｗ／
ｍ²）の範囲で、Ｘ、Ｙ両方向共にμ'は１０００以上の
良好な値を示す。

【００１８】特に、印加した負のバイアスが、４〜５０
Ｗ（パワー密度に換算すると１５０〜１８５０Ｗ／
ｍ²）付近でＸ、Ｙ両方向共にμ'は３５００以上の等方
的な高透磁率特性を示す。また、負の印加バイアスが１
００Ｗ（パワー密度に換算すると３７００Ｗ／ｍ²）以
上になると、Ｘ、Ｙ両方向共にμ'の値は減少し、Ｘ方
向の値は１０００以下に劣化する。

【００１９】μ'が１０００以下の低い値を示すと、ビ
デオテープレコーダー等に用いる磁気ヘッドコア材料と
しては不適である。従って、４〜７５Ｗ（パワー密度に
換算すると１５０〜２７８０Ｗ／ｍ²）の範囲で負のバ
イアスを印加しながら作製した、Ｆｅ-Ｔａ-Ｎ系軟磁性
膜は、等方的な高透磁率特性を示し、４〜５０Ｗ（パワ
ー密度に換算すると１５０〜１８５０Ｗ／ｍ²）付近の
負のバイアスを印加しながら作製した膜は、特に優れた
等方的な高透磁率特性を示すことが分かる。

【００２０】保磁力Ｈcと基板ホルダー全体に印加した
負のバイアスの関係を（図２）に示す。（図２）より、
０〜７５Ｗ（パワー密度に換算すると０〜２７８０Ｗ／
ｍ²）の範囲の負のバイアスを印加しながら作製した、
Ｆｅ-Ｔａ-Ｎ系軟磁性膜は、Ｘ、Ｙ両方向共に１０Ａ／
ｍ程度の等方的な低保磁力を示す。そして、負の印加バ
イアスが１００Ｗ（パワー密度に換算すると３７００Ｗ
／ｍ²）以上になると、Ｘ、Ｙ両方向共にＨcの値は急激
に増加し、軟磁気特性が劣化することが分かる。

【００２１】飽和磁歪λsと基板ホルダー全体に印加し
た負のバイアスの関係を（図４）に示す。（図４）よ
り、０〜７５Ｗ（パワー密度に換算すると０〜２７８０
Ｗ／ｍ ²）の範囲の負のバイアスを印加しながら作製し
た、Ｆｅ-Ｔａ-Ｎ系軟磁性膜の飽和磁歪λsは、絶対値
で１×１０^-6以下の低磁歪を示し、５０Ｗ（パワー密度
に換算すると１８５０Ｗ／ｍ²）付近の負のバイアスを
印加しながら作製した膜は、ほぼ零磁歪を示すことが分
かる。

【００２２】また、Ｘ線回折、および透過型電子顕微鏡
（ＴＥＭ）観察により、前記Ｆｅ-Ｔａ-Ｎ系軟磁性膜の
構造を調べた結果、０〜７５Ｗ（パワー密度に換算する
と０〜２７８０Ｗ／ｍ²）の範囲の負のバイアスを印加
しながら作製した、高飽和磁束密度と低磁歪の等方的な
軟磁気特性を有するＦｅ-Ｔａ-Ｎ系軟磁性膜の構造は、
α-ＦｅがＴａ、Ｎ（窒素）、Ｔａの窒化物の少なくと
も１種以上の元素、あるいは化合物を固溶し、α-Ｆｅ
の格子が０.２〜０.６％膨張した微結晶であり、α-Ｆ
ｅの微結晶の平均粒径、およびＴａの窒化物微粒子の平
均粒径が１０ｎｍ以下の微結晶組織であることが分かっ
た。

【００２３】なお、本実施例では、Ｆｅ-Ｔａ-Ｎ系膜に
ついて説明したが、Ｆｅを主成分とし、Ｎを５〜２０原
子％含むと共にＭ（ただし、Ｍは、Ｔａ、Ｚｒ、Ｈｆ、
Ｎｂ、Ｔｉの少なくとも１種以上の元素）を５〜１５原
子％含む組成を有するＦｅ-Ｍ-Ｎ系軟磁性膜、及び前記
Ｆｅ-Ｍ-Ｎ系軟磁性膜に、添加元素としてＢを０.５〜
１３原子％含む組成を有するＦｅ-Ｍ-Ｂ-Ｎ系軟磁性膜
に於いても、同様の効果を有した。また、Ｎ元素、ある
いはＭ元素が５原子％未満の膜では、良好な軟磁気特性
が得られず、Ｎ元素が２０原子％以上、あるいはＭ元素
が１５原子％以上の膜では、飽和磁束密度が１Ｔ以下に
低下した。

【００２４】次に、５０Ｗ（パワー密度に換算すると１
８５０Ｗ／ｍ²）の負のバイアスを印加しながら作製し
た、Ｔａ１０.５原子％、Ｎ１２.５原子％、残余Ｆｅの
組成を有するＦｅ-Ｔａ-Ｎ系膜（膜厚３μｍ）と、Ｓｉ
Ｏ₂絶縁膜（膜厚０.２μｍ）とを交互に積層したコア材
料を非磁性セラミックス基板上に作製し、無磁界中の磁
気ヘッド加工熱処理工程により、（図５）に示した積層
型ヘッドを作製した。

【００２５】なお、本実施例で作製した（図５）に示す
積層型ヘッドの５の部分は、非磁性セラミックス基板で
あるが、ヘッド出力を高める場合には、磁性（フェライ
ト）基板を用いる。作製した磁気ヘッドのトラック幅は
１０μｍ、ギャップ長０.２３μｍ、ギャップ深さ２２
μｍ、コイル巻数は２０ターンとした。

【００２６】ヘッド出力の測定は、エンドレス・ヘッド
テスター、及びドラムテスターを用い、保磁力１１９４
００Ａ／ｍのＭＰテープを使用して、相対速度７ｍ／ｓ
での自己録再特性を測定した。軟磁性膜としてＣｏ-Ｎ
ｂ-Ｔａ-Ｚｒ非晶質膜、およびセンダスト（Ｆｅ-Ａｌ-
Ｓｉ系合金）膜を用いて、同一形状で作製した積層型ヘ
ッドと比較すると、１ＭＨｚで約５ｄＢ高い出力特性を
示し、短波長では同等の良好な特性を示した。

【００２７】本実施例では、現在市販されている保磁力
１１９４００Ａ／ｍのＭＰテープを使用した場合の自己
録再特性を示したが、本発明の磁気ヘッドは、更に高い
保磁力を有する媒体に対して、更に優れた自己録再特性
を示し、高密度記録を達成することが出来る。

【００２８】なお、本実施例では、Ｆｅ-Ｔａ-Ｎ系軟磁
性膜を用いて作製した積層型ヘッドについて説明した
が、Ｆｅを主成分とし、Ｎを５〜２０原子％含むと共に
Ｍ（ただし、Ｍは、Ｔａ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔｉの少
なくとも１種以上の元素）を５〜１５原子％含む組成を
有するＦｅ-Ｍ-Ｎ系軟磁性膜、及び前記Ｆｅ-Ｍ-Ｎ系軟
磁性膜に、添加元素としてＢを０.５〜１３原子％含む
組成を有するＦｅ-Ｍ-Ｂ-Ｎ系軟磁性膜を用いて作製し
た積層型ヘッドに於いても、同様の効果を有した。

【００２９】

【発明の効果】（請求項１）の発明によれば、Ｆｅを主
成分とし、Ｎを５〜２０原子％含むと共にＭ（ただし、
Ｍは、Ｔａ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔｉの少なくとも１種
以上の元素）を５〜１５原子％含む組成を有する軟磁性
膜を形成する基板に、１５０〜２７８０Ｗ／ｍ²の負の
バイアスを印加しながら、前記軟磁性膜を形成するもの
であるから、高飽和磁束密度と低磁歪の等方的な高透磁
率特性を有する軟磁性膜を、量産性高く提供することが
出来る。

【００３０】（請求項２）の発明によれば、Ｆｅを主成
分とし、Ｎを５〜２０原子％含むと共にＴａを５〜１５
原子％含む組成を有する軟磁性膜を形成する基板に、１
５０〜２７８０Ｗ／ｍ²の負のバイアスを印加しなが
ら、前記軟磁性膜を形成するものであるから、高飽和磁
束密度と低磁歪の等方的な高透磁率特性を有する軟磁性
膜を、量産性高く提供することが出来る。

【００３１】また、（請求項３）の発明によれば、（請
求項１）または（請求項２）のいずれかに記載の製造方
法で作製した軟磁性膜が、添加元素としてＢを０.５〜
１３原子％含む組成を有するものであるから、更に高い
熱処理温度で、高飽和磁束密度と低磁歪の等方的な高透
磁率特性を有する軟磁性膜を、量産性高く提供すること
が出来る。

【００３２】（請求項４）の発明によれば、（請求項
１）〜（請求項３）のいずれかに記載の製造方法により
作製された軟磁性膜と絶縁膜とを交互に積層したコア材
料で磁気回路が形成された積層型磁気ヘッドであるか
ら、量産性良く、良好なヘッド出力を示す磁気ヘッドを
提供することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例で作製した軟磁性膜の１ＭＨｚ
における複素透磁率の実数部μ'と基板ホルダー全体に
印加した負のバイアスの関係を示す図

【図２】軟磁性膜の保磁力Ｈcと基板ホルダー全体に印
加した負のバイアスの関係を示す図

【図３】膜面内のμ'およびＨcの測定方向を示す図

【図４】軟磁性膜の飽和磁歪λｓと基板ホルダー全体に
印加した負のバイアスの関係を示す図

【図５】本発明の実施例で作製した積層型ヘッドの概略
図

【図６】スパッタ装置の概略図

【符号の説明】

１ 非磁性基板 ２、３ 軟磁性膜 ４ 絶縁膜 ５ 非磁性基板、または磁性基板 ６ 非磁性体（ガラス） ７ 基板 ８ ターゲット ９ 電源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小佐野 浩一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Ｆｅを主成分とし、Ｎを５〜２０原子％含
   むと共にＭ（ただし、Ｍは、Ｔａ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、
   Ｔｉの少なくとも１種以上の元素）を５〜１５原子％含
   む組成を有する軟磁性膜を形成する基板に、１５０〜２
   ７８０Ｗ／ｍ²の負のバイアスを印加しながら、前記軟
   磁性膜を形成することを特徴とする軟磁性膜の製造方
   法。
2. 【請求項２】Ｆｅを主成分とし、Ｎを５〜２０原子％含
   むと共にＴａを５〜１５原子％含む組成を有する軟磁性
   膜を形成する基板に、１５０〜２７８０Ｗ／ｍ ²の負の
   バイアスを印加しながら、前記軟磁性膜を形成すること
   を特徴とする軟磁性膜の製造方法。
3. 【請求項３】請求項１または２のいずれかに記載の軟磁
   性膜が、添加元素としてＢを０.５〜１３原子％含む組
   成を有することを特徴とする軟磁性膜の製造方法。
4. 【請求項４】請求項１〜３のいずれかに記載の製造方法
   により作製された軟磁性膜と絶縁膜とを交互に積層した
   コア材料で磁気回路が形成されたことを特徴とする磁気
   ヘッド。