JP2790451B2 - 窒素を含む軟磁性合金膜 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は磁気ヘッドコア等に適した軟磁性材料、特に
窒素を含む磁性合金膜に関するものである。 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ッター法
や、窒化物をターゲットに用いたスパッター法により、
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6
0−152651号公報）や、Feの窒化物の研究がある（ジャ
ーナル オブ アブライド フィジックス（J.Appl Phy
s.）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４πM_S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４πM_S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４πM_S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 上述のように窒化合金膜は軟磁気特性を示し難いとい
う問題点があったが、本発明合金は上述のような単なる
窒化膜ではなく、膜自体が以下に述べるような超構造を
有している事を特徴とし、このように超構造化する事に
よって従来の窒化磁性合金膜では得られなかった優れた
軟磁気特性を得る事を可能にするものである。 本発明による磁性合金膜は、次の組成式で表わされる
非晶質合金膜 T_aM_bX_c ……（１） と、これと同じ構成元素、及び窒素（Ｎ）より成る窒化
合金膜 とを積層して成る事を特徴とする積層磁性合金膜、又は
完全な積層膜ではなくむしろ組成変調構造を有し、平均
組成で で表わされ、少なくとも元素Ｎ（窒素）が膜厚方向に組
成変調されている事を特徴とする組成変調窒化磁性合金
膜である。ただしＴはFe,Co,Ni,Mnから選ばれた１種も
しくは２種以上の金層、ＭはTi,Zr,Hf,Nb,Ta,Cr,Mo,W,R
e,Re,Ruから選ばれた１種もしくは２種以上の金属、Ｘ
はB,Si,Ge,Alより選ばれた半金属，半導体、ＮはＮ（窒
素）であり、a,b,c,d及びａ′,b′,c′,d′は各々原子
パーセントを表わし、 である。ただしａ′,b′,c′,d′は平均値であり、膜の
厚さ方向に各組成は組成変調されている為変動し、膜内
のある部分においてはその局所部分の組成は必ずしも
（５）式で示された組成範囲内にあるとは限らない。 作用 （１）式で示した組成の合金膜が非晶質化するには少
くとも ｂ＋ｃ≧10 ……（６） である事が必要である。又十分に高い飽和磁化を有する
為には ｃ≦30,b≦20 ……（７） である事が望ましい。 ａ＋ｂ＋ｃ＝100 ……（８） であるので（６），（７）より 70≦ａ≦90 ……（９） である。又非晶質化する為には（６）式が満足されれば
b,cどちらかが零となってもよいが、ｂ≠0,c＝０よりも
ｂ＝0,c≠０の場合の方がキュリー温度が低く、比較的
低温の熱処理で特性が改善されるので実用上、ｃ≠０で
ある事が望ましい。 一方（１）式の合金を窒化すれば当然その組成は
（２）式のように表わされる。ただしこの窒化膜が構造
上安定でかつその飽和磁化があまり減少しない為には ｄ＜30 ……（10） である事が必要であり、かつ窒化により耐摩耗性の改善
に効果がある為には ｄ≧１ ……（11） である事が必要である。（２）式で表わされる窒化磁性
合金膜は耐摩耗性，耐蝕性に優れているが、（１）式で
示された非晶質合金のような優れた軟磁性を示さない。
しかしながら（１）式で示した非晶質合金膜と（２）式
で示した窒化磁性合金膜とを積層した積層合金膜は軟磁
性を示し、特にそれぞれの１層の膜厚ｔを ｔ＜1000Å ……（12） とする時、優れた軟磁性を示す。 窒化膜の軟磁気特性の改善は上述のような窒化膜と非
窒化膜の積層脂のみでなく、窒素Ｎを組成変調した組成
変調窒化膜でも有効である。これを作成するにはスパッ
タ中に窒素ガスを正弦曲線的に変化させて導入し、膜を
形成してもよいし、又上述の得られた積層膜を適当な温
度で熱処理して層間拡散により組成変調膜化してもよ
い。このような組成変調膜では通常Ｎ（窒素）を組成変
調すると他の構成元素も多少組成変調を受け膜厚方向の
組成は一定でなく変動するが平均組成としては窒素Ｎ以
外は（４）式で表わされるものと同様の組成範囲内であ
る事が望ましい。窒素Ｎの平均組成ｄ′としては耐摩耗
性を考慮して ｄ′≧１ ……（13） 飽和磁化があまり劣化しない条件より ｄ′≦20 ……（14） となり、これらの条件より（５）式が得られる。 この組成変調膜の軟磁気特性はやはり組成変調波長λ
が短かい程改善され、特にλが λ＜1000Å ……（15） の時優れた軟磁性を示す。 実 施 例 以下具体的な実施例にて本発明の効果の説明を行な
う。 （実施例１） r.f 2極スパッタ装置を用いてArガス圧1.1×10^-2Torr
でCo−Mn−Ｂ合金ターゲットをスパッタしてCo₆₇Mn₁₂B
₂₁非晶質合金膜を作成した。次にN₂ガスをこのArガスに
混合し総ガス圧1.2×10^-2Torrとしてスパッタし、窒化
合金膜を作成した、分析の結果この膜の組成はCo₆₀Mn₁₀
B₁₈N₁₂であった。次にArガス分圧は11×10^-2Torrに固定
しておき、周期的にガス分圧0.1×10^-2TorrのN₂ガスをA
rガス中に混合してスパッタする事により窒化膜と非窒
化膜との積層膜を作成した。この時N₂ガス混合の周期を
変化させる事により１層の膜厚の異なる種々の種層膜を
作成した。このようにして作成した膜の磁気特性を調べ
て比較を行ない表−１にまとめて示した。 表−１に示した実験結果より１層の膜厚ｔが ｔ＜1000Å となるとき積層膜の保磁力Hcが顕著に小さくなり優れた
軟磁性を示し、ｔがこれより厚くなると特性は劣化し、
単層の窒化膜は軟磁性を示さない事がわかる。又積層膜
の飽和磁化４πM_Sは非窒化膜と窒化膜のほぼ中間の値を
示す事がわかった。 次にこれらの膜を400℃で10分間熱処理し、その磁気
性を調べた、結果を表−２に示した。又第１図ａにこの
熱処理前の試料下のオージェ分光分析（AES）による膜
厚方向の組成プロファイルを、又ｂに熱処理後の試料
Ｆ′の膜厚方向のCo及びＮについての組成プロファイル
を示した。第１図に示したデプスプロファイル（Depth
Profile）より明らかなように、作成時多層構造であっ
た積層膜が熱処理によりＮ元素が層間拡散して組成変調
膜となっている事がわかる。従って表−２には層膜では
なく組成変調波長λを示し、試料組成は平均組成で数字
の上に−をつけて示した。熱処理により積層膜構造から
組成変調膜となっても軟磁気特性は損われず、この場合
やはりλが小さい程Hcは小さく特に λ＜2000Å のとき優れた軟磁性を示す事がわかった。又４πM_Sは熱
処理後、λの小さい組成変調膜では窒化膜と非窒化膜の
平均値よりむしろ大きくなる傾向を示した。 （実施例２） 実施例１と同様の方法でCo₇₁Fe₅Si₁₂B₁₂ターゲットを
用いN₁混合分圧比ηを変化させて厚さ40μｍの種々の窒
化膜及び非窒化膜を作成し、更にこれらの窒化膜と非窒
化膜の積層膜を１層の膜厚ｔが約200Åとなるようにη
を周期的に変化させて作成した。ただしηの定義は以下
の通りである。 又得られた積層膜を450℃で10分熱処理し実施例１と
同様に組成変調膜とした組成変調膜のηに関しては平均
値で表わし、数字，文字の上に−をつけて示したこれら
得られた種々の合金膜の磁気特性及び耐摩耗性を測定し
表−３に比較して示した。ただし耐摩耗性は第２図ａに
示したように合金膜１を耐摩耗性に優れた基板２でサン
ドイッチした後ヘッドチップ形状に加工し、市販のVTR
デッキに取りつけ第２図ｂに示したように500時間走行
後の偏摩耗量Δｌを調べた。 又耐蝕性は各試料を24時間水中に半分浸し、その境界
部分の変色の度合によって評価し、まったく変色してい
ないものは◎、ほとんど変色なしは○、微かに変色が見
られたものは△、変色したものは×で表示した。 なお試料０はη＝30で作成したが膜中に相当歪がたま
ったと思われ基板より剥離した。しかしながら試料Ｔは
ηを正弦曲線的に10から30まで変化させλ400Åとな
るように作成した組成変調膜でこの場合は剥離は生じな
かった。 表に示した結果より窒化により耐摩耗性，耐蝕性に効
果があるのはη＞１、組成変調膜では平均的に＞
（％）の時である事がわかる。又飽和磁化があまり大き
く減少せず、基板からの剥離等が生じないようにするに
は、η＜30、組成変調膜では平均として▲▼で
ある事が望ましい。 （実施例３） 各種の合金ターゲットを用い、実施例1,2と同様の方
法で単層非晶質合金膜、単層窒化合金膜積層合金膜、組
成変調窒化合金膜を作成し、請特性を同様の方法で調べ
た。これらの結果をまとめて表−４に示した。 発明の効果 本発明磁性合金は、単なる単層の窒化磁性合金膜より
も磁気特性において優れ、かつ単なる単層の非晶質合金
膜よりも耐蝕性，耐摩耗性において優れ、磁気ヘッド材
料として理想的な特性を有するものである。

【図面の簡単な説明】 第１図a,bはそれぞれ積層合金膜及び組成変調合金膜の
オージェ分光分析（AES）による膜の厚さ方向のCo及び
Ｎ元素の組成プロファイルを示す図、第２図ａは耐摩耗
試験用のダミーヘッドチップの斜視図、同図ｂはこのダ
ミーヘッドの500時間走行後の偏摩耗量Δｌの測定法を
示す断面図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小俣 雄二 門真市大字門真1006番地 松下電器産業 株式会社内 (56)参考文献 特開 昭54−94428（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−85398（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−202614（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−132305（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−88524（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．原子組成パーセントで T_aM_bX_c で表される非晶質合金膜と、これと同じ構成元素、及び
   窒素（Ｎ）より成る （T_aM_bX_c）_{（100−ｄ）/100}N_d で表される窒化合金膜とを積層し、１層の膜厚をｔとす
   る時 ｔ＜1000Å である事を特徴とする窒素を含む軟磁性合金膜。 （ただしＴはFe,Co,Ni,Mnよりなる群より選ばれた１種
   もしくは２種以上の元素、ＭはTi,Zr,Hf,Nb,Ta,Cr,Mo,
   W,Re,Ruよりなる群より選ばれた１種もしくは２種以上
   の元素、ＸはB,Si,Ge,Alよりなる群より選ばれた１種も
   しくは２種以上の元素、ＮはＮ（窒素）であって 70≦ａ≦90,0≦ｂ≦20 ｃ≦30,b＋ｃ≧10 １≦ｄ＜30である。） ２．膜全体の平均組成としては原子パーセントで （Ｔ_ａ′Ｍ_ｂ′Ｘ_ｃ′）_{（100−ｄ′）/100}Ｎ_ｄ′ で表され、かつ膜の厚さ方向に少なくともＮ（窒素）が
   濃度変化されて組成変調されており、その組成変調波長
   λが λ＜2000Å である事を特徴とする窒素を含む軟磁性合金膜。 （ただしＴはFe,Co,Ni,Mnよりなる群より選ばれた１種
   もしくは２種以上の元素、ＭはTi,Zr,Hf,Nb,Ta,Cr,Mo,
   W,Re,Ruより成る群より選ばれた１種もしくは２種以上
   の元素、ＸはB,Si,Ge,Alより成る群より選ばれた１種も
   しくは２種以上の元素、ＮはＮ（窒素）であって 70≦ａ′≦90,0≦ｂ′≦20 ｃ′≦30,b′＋ｃ′≧10 １≦ｄ′≦20である。 ３．さらに０＜ｂ≦20 であることを特徴とする特許請求の範囲第１記載の窒素
   を含む磁性合金膜。 ４．さらに０＜ｂ′≦20 であることを特徴とする特許請求の範囲第２記載の窒素
   を含む磁性合金膜。