KR940004986B1 - 자성막의 제조방법 및 그것을 사용한 자기헤드 - Google Patents

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Description

자성막의 제조방법 및 그것을 사용한 자기헤드

제1도는 본 발명의 일실시예에 의한 n이온타입을 행한 Fe막의 포화자화 M_s와 N이온 도우스량의 관계를 나타낸 도면.

제2도 및 제3도는 각각 Fe-N계 상태도 및 Fe-N화합물의 포화자화 M_s와 N량의 관계를 나타낸 도면.

제4도는 Fe막에의 N이온타입량에 의한 포화자화 M_s의 변화와 N화합물의 생성을 설명하기 위한 도면.

제5도는 공지의 분위기제에에 의해 제작된 Fe-N막의 포화자화 M_s를 나타낸 도면.

제6도는 이온타입을 행한 때의 이온의 타입깊이와 이온분포를 나타낸 도면.

제7도는 다층의 이온에 의한 자성막을 나타낸 도면.

제8도는 이온타입에 의한 자성막을 나타낸 도면.

제9도는 본 발명의 다른 응용예이며, 마스크를 통해 이온타입에 의해 제작한 자성막을 나타낸 도면.

제10도는 Fe막중에의 N이온타입량에 대한 Fe막중의 평균 N농도 및 포화자속밀도의 변화를 나타낸 선도.

제11도는 본 발명의 일실시예인 수직 자기기록용 자기헤드의 제조방법을 설명하기 위한 계략도.

제12도는 제11도에 나타낸 자기헤드의 평면도.

제13도는 본 발명의 다른 실시예인 면내 자기기록용 자기헤드의 제조방법의 개략설명도.

본 발명은 자성막(磁性膜)의 제조방법에 관한 것이며, 특히 자기기록 및 기억특성의 향상에 적합한 자성막의 제조방법에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 자기헤드에 관한 것이며, 특히 상기 제조방법에 의해 제조한 포화자속밀도 b_s(b_s=4πm_s, m_s는 포화자화)가 매우 높은 자성재료를 자극의 일부에 사용한 자기헤드에 관한 것이다.

자기기록장치에 있어서, 기록특성을 향상시키기 위해서는, 포화자속밀도가 높고 또한 투자율(透磁率)이 큰 자성막이 적합하다. 종래의 자성막을 얻기 위해, 문헌(“Appl. Physics Lett.”, 20, no.1215(1972) 또는 “Solid State Physics”, 7, no.9(1972))에 기재된 바와 같이, 저진공증착법이나, 분위기중증착법 또는 스패터법 등을 이용하여 자성화합물증(막)을 형성하여 왔다. 그러나, 이들 공지의 박막형성기술에 있어서는, 제작된 자성막의 자기특성에 커다란 불균일이 존재하고, 또한 자성막 제작시의 분위기조건등을 제어하는 것이 곤란하므로 재현성(再現性)이 부족하고, 기록특성도 막간에서 흐트러진다는 결점을 가지고 있었다. 그리고, 진공중 및 분위기중에서 자성화합물을 한번에 기판상에 제작하기 위해서, 자성막표면의 소망 영역만의 조성 및 자기특성을 제어하는 것등은 전혀 배려되어 있지 않았다.

자기기록장치의 일예로서, 자기헤드의 경우를 고려하면, 근년 자기기록기술은 고보자력(姑保磁力)테이프와 이 테이프용의 고성능 자기헤드재료의 개발에 의해 현저한 진전을 보이고 있다. 특히 보고자력의 메탈테이프를 사용한 경우에는, 기록파장 수 ㎛에서 1㎛ 이하의 고기록밀도의 영역에 있어서, 종래에 비하여 현저한 출력의 증가, O/N(출력-노이즈비)의 증가가 달성되고, VTR등에 고기록밀도가 필요로 되는 분야에 있어서 대폭의 기록밀도의 향상이 달성되고 있다. ㄱ러나 종래 VTR등에 사용되던 페라이트를 사용한 자기헤드에서는, 페라렌의 포화자속밀도가 약 5000가우스 이하이므로, 기록자계의 크기가 충분하지 않고, 고보자력 메탈테이프를 사용하기 위해서는 포화자속밀도가 큰 금속자성재료를 사용한 자기헤드가필요로 되었다. 이와 같은 금속자성재료로서는, Fe-Al-Si계 합금(포화자속밀도 약 10kG), Fe-Ni계 합금(포화자속밀도 약8㎏), Fi-Si계 합금(포화자속밀도 약18㎏), 또는 Fe,Co,Ni,의 최소한 일종에 B,C,N,AlSi,P등을 함유시킨 금속-비금속계 비정질(非晶質)합금, 또는 Fe,Co,Ni의 최소한 일종에 Y,Ti,Zr,Hf,Nb,Ta등을 함유시킨 금속-금속계 비정질합금 등이 있다. 이들중 최대의 호화자속밀도를 가진 재료는 si함유량 약 6중량%의 fe-si합금이며, 그 포화자속밀도는 약 18㎏이다.

한편 근년의 VTR용 자기헤드 의 갭길이는 고밀도 자기기록을 실현하기 위해 협소화(狹小化)가 진해되고, 종래 0.5㎛였던 갭길이가 근년에는 0.3㎛로 되고, 또한 장래에는 0.1∼0.2㎛의 갭길이로 하는 것이 요구되고 있다. 이와 같이, 갭길이가 협소화된 경우에는, 헤드로부터의 누설자장(漏洩磁場)의 강도가 현저하게 감소한다. 그리고, 근년의 고밀도자기기록을 실현하기 위해서, 자기기록매체의 보자력은 증가의 일로에 있으며, 종래의 산화물계의 자기테이프의 약300Oe의 보자력은 약700Oe까지 증가하고, 근년의 금속자성분(金屬磁性粉)을 사용한 자기테이프의 출현에 의해 약 1500Oe의 보자력을 가진 것까지 제조되게 되었다. 이와 같이 매우 높은 보자력을 가진 자기테이프에 대해서, 전술한 바와 같이 갭길이가 작은 자기헤드를 사용하는 경우에는, 특히 장파장(長波長)영역의 기록능력의 부족이 문제로 되므로, 가능한 한 포화자속밀도가 높은 자기헤드재료가 필요로 된다. 장래, 자기기록매체의 보자력은 더욱 증가하고, 자기헤드의 갭길이는 더욱 협소화하는 추세에 있으므로 자기헤드재료의 고포자속밀도화의 요구는 점점 높아져 간다.

그리고, 근년 연구가 진행되고 있는 수직 자기기록용 자기헤드에 있어서는, 기록밀도를 향상시키기 위해서, 수직자기기록매체에 기록·재생을 행하는 주자극의 두께를 매우 얇게 하지 않으면 안된다. 이와 같이, 주자극이 매우 얇은 경우에는, 기록시에 자극선단의 자기포화를 일으키기 쉽고, 자기포화를 일으킨 경우에는 수직자기기록매체에의 기록이 곤란하다고 하는 문제가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해서는 주자극에 사용하는 자성재료의 포화자속밀도를 가능한 한 증가시키는 것이 필요하게 되었다.

같은 문제는 계산기용 기억장치 등에 사용되는 종래의 면내(面內) 기록용 박막헤드의 경우에도 존재한다. 즉, 박막헤드는 벌크형 헤드에 비교하여 작동갭 근방부의 자극의 단면적이 작으므로 자기포화가 일어나기 쉽다. 따라서, 박막헤드에 있어서도 높은 포화자속밀도를 가지는 자기헤드재료에의 요구가 강하다.

본 발명의 제1의 목적은 전술한 박막형성에 있어서 일어나는 자성막의 자기특성의 불균일을 해결하고, 재권성이 높고 또한 제어성이 높은 자성막의 제조방법을 제공하는데 있다. 구체적으로는, 자성막표면의 소망 영역만의 조성 및 자기특성을 제어하여, 기록특성의 향상에 적합한 새로운 자성막의 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 제2의 목적은 자기헤드의 자극을 종래보다 더욱 높은 포화자속밀도를 가지는 자성재료로 구성함으로써, 종래보다 더욱 우수한 기록특성을 가지는 자기헤드를 제공하는데 있다.

종래의 분위기중증착 등에 있어서는, 형성된 자성막중의 원자의 개수까지를 제어하는 것은 불가능하다. 따라서, 제작된 자성막의 자기특성은 분위기(진공도등)의 미묘한 차에 의해 커다란 불균일(막내·막간)을 가진다.

본 발명의 제1의 특징은 이온타입에 의해, 소망 계수의 이온을 자성막중에 주입하고, 다시 열처리에 의해 이온을 균확산시켜 균일화하고, 자성막의 조성 및 특성을 정밀도 좋게 또한 재현성 높게 제어하는 것이다.

본 발명의 제2의 특징은 자기헤드의 자극의 최소한 한쪽의 자기기록매체에 접하는 근방부분을 철 또는 철기(鐵基)자성합금막으로 구성하고, 이 철 또는 철기자성합금막의 최소한 일부에 이온타임법에 의해 질소, 탄소 및 붕소중의 최소한 일종의 원소를 함유하는 영역을 형성하고, 이 원소함유영역의 포화자속밀도를 종래의 고포화자속밀도 자성재료의 글것보다 높게 함으로써, 종래보다 기록특성이 우수한 자기헤드를 얻도록한 것이다.

질소를 함유하는 분위기중에서, 증착 또는 스페터링법에 의해 철의 박막을 제작하면, 적당한 조건하에서 철보다 높은 포화자속밀도를 가진 막을 얻을 수 있는 것이 알려져 있다(전술한 “ Solid State Physics”Vol. 7, No. 9(1972) P. 483∼495). 그러나, 이 방법에 의해 고포화자속밀도의 막을 제작하기 위해서는, 분위기에 있어서의 질소의 분압(分壓) 및 시료의 온도를 정확하게 제어해야 한다는 번거로운 조작이 필요하며, 이 조건에서 벗어나면, 포화자속밀도가 급격히 저하해 버린다고 하는 문제가 있다.

본 발명은, 철 또는 철기자성합금막에 이온타이법에 의해 질소를 주입, 함유시킴으로써 상기의 문제점을 해소한 것으로, 이온타입법을 이용하면, 상기 막의 단위면적당의 질소의 함유량을 용이하게 제어할 수 있다고 하는 이점이 있고, 따라서 고포화자속밀도를 가지는 자성막을 용이하게 제작할 수 있다. 같은 결과는 질소 외에 탄소 또는 붕소에 의해서도 얻어진다.

그리고, 철 또는 철기합금에 이온타입에 의해 질소를 침입시키는 예가 문헌(Phys. Status Solids, 80(1)(1983) P.211∼222)에 기재되어 있으나, 얻어진 시료의 자기특성에는 전혀 언급되어 있지 않다.

더욱 상세하게 설명하면, 본 발명의 수직 자기기록용 자기헤드에 있어서는, 주자극을 철 또철기자성합금의 박막을 사용하여 형성한 후, 주자극의 최소한 자기기록매체슬라이드면의 근방부분에 이온타임법에 의해 질소, 탄소 및 붕소중의 최소한 일종의 원소를 주입, 함유시킴으로써 타입부분의 철 또는 철기합금의 포화자속밀도를 증대시켜서, 기록즉성이 매우 우수한 수직 자기기록용 자기헤드를 얻도록 한 것이다.

또한, 본 발명의 면내 자기기록용 자기헤드에 있어서는, 자기헤드의 최소한 작동갭 형성면 근방부분을 철 또는 철기자성합금막으로 구성하고, 자기헤드의 작동갭 형성면의 철 또는 철기자성합금막에 이온타임법에 의해 질소, 탄소 및 붕소중의 일종의 원소를 주입, 함유시킴으로써, 타임부분의 철 또는 철기자성합금의 포화자속밀도를 증대시켜서, 기록특성이 우수한 면내 기록용 자기헤드를 얻도록 한 것이다.

본 발명의 면내 자기기록용 자기헤드에 있어서의 또하나의 이점은 다음과 같다. 즉, 자기헤드의 작동갭 형성면에, 증착 또는 스페터법에 의해 고포화자속밀도의 자성막을 피착한 경우에는, 자성기판과 그 위에 형성된 고포화자속밀도의 자성막의 계면이 갭면과 평행으로 되므로, 콘투어(contour)효과를 일으키지만, 본 발명과 같이 이온타입법에 의해 작동갭 형성면에 고포화자속밀도의 자성막을 형성한 경우에는, 타입된 원소의 농도가 깊이방향으로 서서히 변화하므로, 포화자속밀도도 깊이방향으로 서서히 변화하고, 따라서 콘투어 효과를 일으키기 어렵다고 하는 이점이 있다.

전술한 것은 링형 수직 자기기록용 자기헤드에 대해서도 적용할 수 있다.

이상과 같이 하여, 본 발명은 기록특성이 매우 우수한 자기헤드를 제공하는 것이다

본 발명의 자기헤드는 그 제조공정에 있어서의 이온타입 후에, 시료를 500℃ 이하, 70℃ 이상의 온도로 가열한 경우에, 포화자속밀도가 높은 자성막을 안정되게 얻기 쉬운 경우가 있다. 단, 가열온도를 500℃ 이상으로 한 경우에는, 고포화자속밀도를 가진 상(相)이 분해되어, 포화자속밀도가 저하되어 버리는 일이 있기 때문에 바람직하지 않다.

일반적으로, 철 및 철기자성합금에 질소, 탄소, 붕소 등의 침입형 원소를 함유한 자성합금은 자장중열처리에 의해 유기되는 자기이방성(磁氣異方性)을 가지는 것이 알려져 있다. 이것은 철 내지 철기자성합금중의 침입형 원소가 자화의 방향에 대해 에너지를 작게 하는 위치로 이동하고, 자화의 방향을 안정화하기 위한 것이다. 이와 같은 유도자기이방성이 커지면 투자율이 저하하므로, 자기헤드로서 바람직하지 않은 경우가 있다. 또한, 적당한 크기의 자기이방성을 일정한 방향으로 부여하는 것은 자기헤드의 특성에 있어서 유효한 경우가 있다.

이상 설명한 바와 같이, 유도자기이방성의 크기와 방향을 제어하는 것은 특성이 우수한 자기헤드를 얻는데 필요하다. 상기와 같은 유도자기이방성의 제어는 시료를 가열하면서 자장을 인가함으로서 행할 수 있다. 또한, 본 발명에 있어서는 이온타입 공정중에 시료의 면내에 일방향자장 또는 회전자장을 인가함으로써 유도자기이방성을 제어할 수 있다.

본 발명에 이용하는 이온타입법에 의해 형성되는 이온타입층의 두께는 이온의 가속전압에 의해 변화하지만, 이온타입층의 두께를 약 1㎛ 이상으로 하는 것은 곤란하다. 따라서, 약 1㎛ 이상의 이온타입층을 얻기 위해서는, 1㎛ 이하의 철 또는 철기자성합금의 박막을 형성하는 공정과 이 막에 이온타입 행하여 이온타이층을 형성하는 공정을 복수회 반복하고, 이온타입층을 적층함으로써 얻을 수 있다. 또한 이들 각각의 이온타입층의 사이, 또는 복수의 이온타입층을 하나의 이온타입층 불록으로 해서, 각 이온타입층 블록의 사이에 강자성 또는 비자성의 중간층을 넣음으로써 보자력 또는 투자율 등의 자기특성을 개선할 수도 있다.

다음에, 본 발명의 실시예에 대하여 도면에 따라서 설명한다. 먼저, 본 발명의 일실시예에 대하여 제1도에 따라서 설명한다. 도면은 공지의 증착 및 스패터법 등으로 제작된 두께 약 3000Å의 Fe막에 가속전압 160keV로 N⁺로 이온을 타입한 경우의 포화자화 M_s와 N⁺이온 도우스량의 관계(도면중 ○표) 및 그 열처리온도 의존성(도면중△,□표)을 나타낸다. Fe막에 N⁺이온을 타입하는 것만으로는, 이온타입막의 포화자화는 어느 한계 도우스량(1×10¹⁶㎝^-2)까지는, 대략 Fe 벌크의 값(∼1720가우스)과 같고, 그 후 도우스량 2×10¹⁷에서 약 500가우스까지 급격히 감소한다. 한편, 이 N⁺이온타입 Fe막에 일예로서 300℃ 및 450℃의 열처리를 실시하면, 포화자화 M_s는 일단 중대하여 순(純) Fe의 값보다 훨씬 큰 값(도우스량 5×10¹⁶에서 약 2200가우스)으로 되고, 그 후 감소한다.

제2도 및 제3도는 Fe-N계 상태도 및 Fe의 질소화합물(n의 희박영역)에 있어서의 포화자화와 N량의 관계를 나타낸다. 도면에 나타낸 바와 같이, Fe의 질소화합물은 n량이 희박해짐에 따라서, 그 포화자화가 중대하여, Fe₈N에서는 순 Fe의 값보다 훨씬 커지는(약2200가우스) 것이 알려져 있다.

제4도는 본 발명의 실시예인 제1도를 설명하기 위한 N⁺이온타입 Fe막의 X 회절(回折)측정에 의한 Fe의 질소화합물의 도우스량 의존성을 나타낸다. N⁺타입 Fe막의 포화자화 M_s는 N량의 증가 10¹⁶∼10¹⁸도우스에 의해 Fe₄N,Fe₃N,Fe₂N이 출현해서 감소한다. 한편, 열처리를 실시한 N⁺이온타입 Fe막에서는, N량의 증가에 의해 도우스량 약 5×10¹⁶㎝^-2에서 순 Fe보다 큰 포화자화를 가지는 Fe₈n이 일단 출현하고, 그 후 Fe₄N,Fe₃N,Fe₂N이 출현하여, 포화자화 M_s는 감소한다. 이와같이 N⁺이온의 도우스량 및 그의 열처리온도를 지정하면, Fe의 질소화합물에 있어서, 소망의 포화자화 M_s를 가지는 막이 제작가능하게 된다.

예를 들면 포화자화 M_s가 2200가우스의 Fe₈N을 형성하는 경우에는, 적합한 N⁺도우스량은 10¹⁶∼10¹⁷이며 300℃∼500℃의 열처리를 실시한다. 그리고, 포화자화 M_s가 1000가우스의 Fe₃N을 형성하는 경우에는, 적합한 N⁺도우스량은 10¹⁷∼10¹⁸이며 300℃∼400℃의 열처리를 실시한다.

제5도는 공지의 N₂분위기중 스패터법에 의한 Fe막의 포화자화 M_s와 가스압의 관계를 나타낸다. 도면 중 파선으로 나타낸 바와 같이, Fe막의 포화자화 M_s는 진공도의 저하에 의해서도, N의 존재에 의해 일단 순 Fe의 값보다 커진다. 그러나, 실선으로 나타낸 n₂중분위기에서 제작한 막에 있어서는, 막의 포화자화의 불균일이 매우 크다. 그리고, 이 종류의 방법으로 제작한 막의 자기특성은 그 재현성이 매우 나쁘다는 것이 알려져 있다.

제6도는 본 발명의 다중이온타입에 의해 단일조성의 자성화합물층을 형성하는 실시예를 나타낸다. 제6(a)도는 1회의 이온타입에 의해 형성된 막의 깊이 방향의 이온분포를 나타낸다. 이 분포는 종래부터 알려져 있는 바와 같이, 농도구배(勾配)를 나타낸 가우스분포로 된다. 이와 같은 경우에는, 자성막의 막두께방향으로 자성화합물의 조성이 분포하게 된다. 한편, 본 발명의 다중이온타입법에 의하면, 단일타입의 가우스분포를, 가속전압을 변화시킴으로서 가산(Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ)하여, 조성을 단일의 자성화합물충으로 형성할 수 있다. 이 결과, 화합물층의 자기특성(포화자화, 이방성자계 등)은 막두께 방향으로 균일하게 된다.

제7도는 본 발명의 일실시예로서, 자성막적층(1)의 형성공정, 이온타입(2)공정, 열처리공정에 의해, 제7(a)도에 나타낸 자성막(3)을 형성한다. 또한, 그반복에 의해 제7도(b)에 나타낸 바와 같이, 다층구조로 형성한 막두께의 이온타입자성화합물막(3a),(3b),(3c),(3d)을 나타낸다. 현재의 이온타입기술로는, 가속기의 한계로부터, 이온의 타입깊이는 수 MeV에 한정되어 버린다. 그러나, 본 발명의 다층구조에 의하면, 가속전압에 한정되지 않고, 조성이 단일이며 또한 소망의 막두께의 자성화합물층이 형성가능하게 된다.

제8도는 본 발명의 일실시예로서, 이온타입자성화합물층(4)과 비자성층(5)을 교대로 적층한 경우의 자성막 구조를 나타낸다. 통상의 자성막에서는, 그 보자력, 주자율 등의 자기특성을 막두께에 크게 영향을 받는다. 본 발명의 비자성층과의 적층구조에 의하면, 박막의 경우의 소망의 자기특성을 그대로 유지한 소망의 자성화합물의 다층구조가 가능하게 된다.

제9도는 본 발명의 응용으로서 마스크를 통해 이온타입을 행한 경우의 자성막표면의 화합물분포를 나타내고 있다. 제9(a)도에 있어서, 기관(6)상의 자성막(7)의 위에 마스크(8)을 형성한다. 이 마스크(8)의 위로부터 이온을 타입하면, 제9(b)도와 같이 이온타입자성막(9)과 비이온타입자성막(10)의 패턴이 형성된다.

본 발명에 의하면, 분위기 예를 들면 진공도가 가스압이라는 매우 미묘한 파라미터의 제어법과 다르며, 직접 원자의 개수 및 열처리온도를 지정함으로써, 소망의 자성화합물층을 재현성 좋게 형성할 수 있다.

실시예에서는 Fe-N계 화합물을 들었으나. 이 외에 Ni-N계, Co-Zr계, Fe-Tb계, Gd-Co계, Ge-Br계, Fe-Si계 및 Fe-Mn-Si계 3원계 자성화합물층에 있어서도 제2 및 제3원자의 이온타입에 의해 전술한 효과와 같은 효과가 있고, 또한 포화자화 M_s이외에도, 이방성 자계H_k및 투자율μ등의 제어도 가능하게 되었다.

이와 같이, 본 발명에 의하면, 종래에는 없었던 소망 영역만의 조성제어도 용이하게 되고, 도시한 스트라이프패턴 이외에도 모자이크패턴 등 선택적인 자성 화합물층의 실현이 가능하게 된다.

본 발명은 전술한 이온타입법에 의해 소망 개수의 이온을 자성막중에 주입하고, 다시 열처리에 의해 이온을 열확산하여 균일화함으로써, 소망의 자성화합물층을 형성하여, 자기버블메모리소자, 자기헤드 및 자기기록매체 등의 자성막을 재현성 좋게 형성할 수 있다.

다음에, 전술에 자성막의 제조방법을 적용한 자기헤드의 제조에 대하여, 제10도∼제13도에 따라서 설명한다.

[실시예 1]

유리기판상에 두께 0.15㎛의 철박막을 스패터링법에 의해 제작하고, 그 후 상기 철박막에 질소이온을 타입하고, 다시 기판을 350℃에서 30분간 열처리하였다. 그 철막중의 질소의 평균함유량과 그 포화자속밀도의 변화를 제10도에 나타냈다. 도면에서 명백한 바와 같이, 질소이온타입량의 증가와 함께 철막중의 평균 질소농도는 서서히 증가하고, 이에 따라서 포화자속밀도는 질소이온타입량 약 5×10¹⁶/㎠, 즉 평균 질소농도 약 12at%에서 최대 약 15% 증가한다. 평균 질소농도가 이것을 넘으면 포화자속밀도는 급격히 감소하고, 평균 질소농도 20at%에서 철막과 동등하게 된다. 이상의 결과로부터, 포화자속밀도는 평균 질소농도 0at% 초과, 20at% 미만, 보다 바람직한 것은 5at%∼18at%의 범위에서 증가시키는 효과가 있는 것을 알 수 있다.

다음에, 상기의고포화자속밀도는 가진 자성막을 주자극으로서 사용한 수직 자기기록용 헤드의 제조방법의 개략을 제11도에 나타냈다. 제11(a)도에 나타낸 바와 같이, 포토세람(Fotoceram)(미합중국 코닝글래스판(Corning Glass Works)제품 결정화 유리의 상품명)으로 이루어지는 비자성기판(11)상에 주자극막으로서, 스패터링법에 의해 막두께 0.15㎛의 철박막(12)을 피착하고, 자극 선단부의 폭이 소정의 트랙폭으로 되도록 좁힌 헤드의 형상에 패턴형성을 행하였다. 그 후, 철박막(12)상에 질소이온을 5×10¹⁶/㎠의 밀도로 이온타입을 행하고, 이어서 350℃에서 30분간 가열하여 이온타입에 의한 왜곡을 제거하는 동시에 고포화자속밀도를 나타내는 상(相)의 안정화를 행하고, 고포화 자속밀도의 주자극막(12)을 제작하였다. 그리고, 제11(b)에 나타낸 바와 같이, 주자극막(12)의 자기저항을 저감하기 위한 막(13)을 주자극막(12)상에 퍼멀로이막을 사용하여 형성한 후, 패터닝을 행하여, 주자극막(12)의 선단 근방상의 퍼멀로이막(13)을 2∼5㎛정도의 길이로 제거한다. 이어서, 전체상에 SiO₂로 이루어지는 절연층(14)을 스패터법에 의해 두께 약3㎛로 형성한다. 그리고, 그 위에 Al막을 마스크증착법에 의해 증착하여, 폭 6㎛, 높이 4.0㎛이며, 소정의 권수(權數)를 가진 스파이럴형 Al 권선(15)을 형성한다. 이어서, 권선간의 틈새를 메우는 동시에 상면을 피복하도록 수지층(16)을 도포, 경화한다. 그리고, 그 위에 Co-W-Zr계 비정질자성합금막으로 이루어지는 보조자극(17)을 형성하였다. 이와 같이 하여 제조한 수직 자기헤드의 평면도를 제12도에 나타냈다. 이 도면에 있어서, (11)은 비자성기판, (17)은 보조자극, (15)는 권선, (18)은 권선(15)은 리드선 부분, (19)는 기록매체슬라이드면이다.

본 실시예의 자기헤드를 사용하여, 보자력(保磁力) Hc 1000Oe의 Co-Cr의 수직 자기기록매체에 기록한 경우에, 주자극에 이온타입하지 않은 자기헤드에 비교해서, 기록밀도 D₅₀(기록재생출력이 저기록밀도에 있어서의 출력의 절반으로 되는 기록밀도)가 약 30% 증가하였다. 이상과 같이, 본 발명의 자기헤드에 있어서는, 주자극에 이온타입하여 높은 포화자속밀도를 부여함으로써, 기록밀도를 향상시킬 수 있는 것을 확인할 수 있었다. 질소이온 대신에, 탄소 또는 붕소이온을 철 또는 철기(鐵基)자성합금으로 이루어지는 주자극에 타입한 경우에도, 질소이온의 경우와 같이 기록밀도를 향상시키는 효과가 있는 것이 인정되었다.

[실시예 2]

실시예 1에서 설명한 바와 같은 자성박막을 사용한 자기헤드에서는, 자성박막의 자기이방성을 제어하는 것이 중요하다. 일반적으로, 자성박막에서는 자화용 이방향과 직각방향의 투자율이 자화용이방향보다 큰 경향이 있고, 따라서 자기헤드중에서 자속을 흐르게 하는 방향과 직각방향이 자성박막의 자화용이방향과 일치하도록 구성하는 것이 좋다. 본발명의 자기헤드에서는, 이온타입을 자장을 가하면서 행함으로써, 주자극의 자기이방성을 제어할 수 있다. 본 실시예에서는, 주자극막의 트랙폭방향, 즉 제12도의A방향으로 50 Oe의 자장을 가하면서 이온 타입을 행하였다. 자장인가 이외의 이온타입에 있어서의 조건은 실시예1과 동일하게 하였다. 그 후, 실시예 1과 같은 방법으로 수직 자기기록용 자기헤드를 제조하고, 실시예1과 같은 Co-Cr수직 자기기록매체에 기록하였다. 이때의 기록·재생출력을 이온타입공정시에 주자극막에 자장을 인가하지 않은 자기헤드에 비교하여 약 2dB 커졌다. 이상과 같이, 이온 타입공정에 있어서, 자장을 인가하고, 주자극막의 자기이방성을 제어하면 효과가 있는 것을 확인할 수 있었다.

[실시예 3]

면내 자기기록용 자기헤드로서, Mn-Zn 페라이트와 철기자성합금의 스패터막으로 이루어지는 본 바명에 의한 자기헤드의 제조방법의 개략을 제13도에 나타냈다. 본 실시예의 자기헤드는 일본극 특개소58(1983)-15513호에 기재되어 있는 구조를 가진다.

제13(a)도에 나타낸 바와 같이, Mn-Zn 페라이트로 이루어지는 기판(21)을 2매 준비하고, 그들의 갭대향면으로 해야 할 하나의 면(22)에 소정 간격으로 평탄부(23)를 남기고, 평탄부(23)의 사이에 인접하는 1쌍의 V자형홈(24)을 연삭 등에 의해 형성한다. 이 경우 인접하는 1쌍의 협지된 기판(21)의 역 V자형돌기(25)의 정상부는 평탄부(23)보다 소정 길이만큼 낮아지도록 한다.

제13(b)도에 나타낸 바와 같이, 홈가공을 종료한 기판(21)의 면(22)쪽에 철막(26)을 두께 약 10㎛로 스패터링법에 의해 형성한다.

제13(c)도에 나타낸 바와 같이, 철막(26)을 피착한 기판(21)의 철막(26)상의 V자형홈(24)이 최소한 메워지도록 저융점 유리층(27)을 용융, 형성하였다.

제13(d)도에 나타낸 바와 같이, 유리층(27)을 형성한 기판(21)의 유리층쪽을 평탄부(23)까지 연삭, 연마한다. 이 때, 기판(21)의 역V자형돌기(25)의 선단부상의 철막(26)은 일부가 연마, 제거되어 평탄하게 되고, 소정의 트랙폭을 가지는 작동갭형성면(28)이 얻어진다.

제13(e)도에 나타낸 바와 같이, 제13(d)도의 공정을 종료한 기판(21)의 한쪽의 철막(26)이 있는 쪽의 면에 V자형홈(24)에 직각으로 권선창용 홈(29)을 연삭등에 의해 형성하여, 자기헤드코어반체(半體)블록(30)을 제작한다. 제 13(d)도에서 얻어진 기판(21)을 자기헤드코어반체블록(30′)으로 한다. 이어서, 자기헤드 코어반체블록(30)의 작동갭 형성면(28)의 작동갭 근방측의 철막부분(31)과 자기헤드코어반체블록(30)의 이것과 대응하는 철막부분에 질소이온을 5×10¹⁶개/㎠의 밀도로 이온타입한다. 그 후, 자기헤드코어반체블록(30)(30′)의 작동갭 형성면에 갭형성층으로 되는 SiO₂막을 두께 0.15㎛ 스패터링에 의해 피착한다.

제13(f)도에 나타낸 바와 같이, 제13(e)도의 공정을 종료한 자기헤드코어반체블록(30)(30′)을 그 철막의 이온타입부분에 대향시키고, 갭형성층을 통해 맞닿게 한 다음, 380℃에서 30분간 가열하여 유리층(27)끼리를 용융, 고착해서, 자기헤드코어반체블록(30)(30′)끼리를 결합, 일체화하였다. 그리고 이 가열에 의해 철막중에 타입된 질소와 철과의 결합을 강화하고, 고포화 자속밀도를 가지는 자성막의 안정화를 행하였다. 이어서, 일체화된 자기헤드코오반체블록(30)(30′)을 일점쇄선부로 절단하면, 제13(g)도에 나타낸 바와 같은 자기헤드(32)가 얻어진다. (33)은 작동갭이다.

다음에, 비교를 위해 제 13(e)도에 나타낸 권선창영 흠(29)을 형성한 자기헤드코어반체블록(30) 및 권선창용 흠을 형성하지 않은 자기헤어코어반체블럭(30′)에 있어서, 이온타입을 행하지 않고, 기타의 형상은 제13(g)도에 나타낸 것과 같은 자기헤드를 제작하였다. 이들 자기헤드를 사용해서, 보자력 Hc=1500 Oe의 메탈테이프에 파장 508㎛의 신호를 기록하고, 종래의 페라이트자기헤드를 사용하여 신호를 재생한 경우, 상기의이온타입을 행한 자기헤드는 이온타입을 행하지 않은 자기헤드에 비교해서, 약1.5dB의 출력증가가 인정되었다. 이와 같은 기록특성의 향상의 효과는 질소이온 대신에 탄소 또는 붕소이온의 타입에 의해서도 얻을 수 있었다.

이상 설명한 바와 같이, 수직 자기기록용 자기헤드에 있어서는 주자극막의 자기기록메체슬라이드면 근방에, 면내 자기기록용 헤드에 있어서는 작동갭 형성면측에 사용하는 철 또는 철기합금의 최소한 작동갭 근방부분에 질소, 탄소 및 붕소중의 최소한 일종의 원소를 이온타입에 의해 도입함으로써, 철 또는 철기합금의 포화자속밀도를 향상시키고, 기록특성이 매우 우수한 자기헤드를 얻을 수 있었다.

Claims (26)

1. 천이(遷移)원소를 기(基)로 하는 자성박막의 표면영역에 이온을 타입하고, 그 후 열처리하여 이온의 확산층을 형성함으로써 상기 자성막 표면영역의 조성을 제어하고, 소망의 자성화합물층을 형성하는 것을 특징으로 하는 자성막의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 자성막중의 이온의 가속전압을 변화시켜서 다중 타입되고, 또한 상기 자성막의 조성은 단일의 자성화합물층으로 형성하는 것을 특징으로 하는 자성막의 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 자성막의 기로 되는 천이원소는 fe,co,ni로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자성막의 제조방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 자성막은 이온타입, 열처리공정으로 이루어지는 소망의 자성화합물층과 비자성층의 다층구조에 의해 형성하는 것을 특징으로 하는 자성막의 제조방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 천이원소를 기로 하는 자성박막은 자성막적층 후 이온타입, 열처리공정의 반복에 의해 소망의 자성화합물층의 다층구조에 의해 형성하는 것을 특징으로 하는 자성막의 제조방법.
6. 제2항에 있어서, 상기 천이원소를 기로 하는 자성박막은 자성막적층 후 이온타입, 열처리공정의 반복에 의해 소망의 자성화합물층의 다층구조에 의해 형성하는 것을 특징으로 하는 자성막의 제조방법.
7. 제1항에 있어서, 상기 천이원소를 기로 하는 자성박막은 철 또는 철기(鐵基)자성합금막으로 구성되고, 이온타입공정에 의해 질소, 탄소 및 붕소중의 최소한 일종의 원소의 이온을 상기 천이원소를 기로하는 자성박막의 표면영역에 타입하여 고포화자화된 상기 자성박막을 형성하는 것을 특징으로 하는 자성막의 제조방법.
8. 제7항에 있어서, 이온타입공정에 의해 상기 천이원소를 기로하는 자성박막중의 최소한 일종의 원소의 평균함유농도가 0at% 초과, 20at% 미만이 되도록 상기 이온을 한번에 타입하는 것을 특징으로 하는 자성막의 제조방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 평균함유농도가 5at%∼18at%인 것을 특징으로 하는 자성막의 제조방법.
10. 제1항에 있어서, 상기 천이원소를 기로 하는 자성박막은 막면내의 한 방향의 자장을 인가하면서 이온타입하는 것을 특징으로 하는 자성막의 제조방법.
11. 제1항에 있어서, 상기 천이원소를 기로 하는 자성박막은 막면내의 막면과 상대적으로 회전하는 자장을 인가하면서 이온타입하는 것을 특징으로 하는 자성막의 제조방법.
12. 제1항에 있어서, 상기 천이원소를 기로 하는 자성박막은 막면내의 한 방향의 자장을 인가하면서 열처리하는 것을 특징으로 하는 자성막의 제조방법.
13. 제1항에 있어서, 상기 천이원소를 기로 하는 자성박막은 막면내의 막면과 상대적으로 회전하는 자장을 인가하면서 열처리하는 것을 특징으로 하는 자성막의 제조방법.
14. 제1항에 있어서, 500℃이하의 온도에서 열처리하는 것을 특징으로 하는 자성막의 제조방법.
15. 제14항에 있어서, 70∼500℃의 온도에서 열처리하는 것을 특징으로 하는 자성막의 제조방법.
16. 제1항에 있어서, 상기 천이원소를 기로 하는 자성박막은 fe막으로 구성되고, 1회에 10¹⁶∼10¹⁷㎝^-2의 n⁺이온을 타입하고, 상기 천이원소를 기로 하는 자성박막을 300℃ 내지 500℃의 온도로 가열하여 열처리하는 것을 특징으로 하는 자성막의 제조방법.
17. 제1항에 있어서 상기 천이 원소를 기로 하는 자성박막의 표면에 선택된 영역에만 이온을 타입하는 것을 특징으로 하는 자성막의 제조방법.
18. 제17항에 있어서, 상기 천이원소를 기로 하는 자성박막의 표면의 일부에 마스크를 형성하여 상기 자성박막의 표에 선택된 영역을 노출시켜 두고, 상기 마스크를 상기 천이원소를 기로 하는 자성박막의 표면에 두면서 이온타입하는 것을 특징으로 하는 자성막의 제조방법.
19. 자극의 최소한 한쪽의 자기기록매체에 접하는 근방부분을 철 또는 철기자성합금막으로 구성하고, 이 철 또는 철기자성합금막의 최소한 일부에 이온타입에 의해 질소, 탄소 및 붕소중의 최소한 일종의 원소를 함유하는 영역을 형성하여 이루어지고, 최소한 일종의 원소를 함유하는 영역중의 원소의 평균함유농도가 0at% 초과, 20at% 미만이고, 최소한 상기 원소가 하나도 없는 철 또는 철기자성합금막보다 고포화자화를 형성하는 것을 특징으로 하는 자기헤드.
20. 제19항에 있어서, 최소한 일종의 원소를 함유하는 영역중의 최소한 일종의 원소의 평균함유농도가 5at%∼18at%인 것을 특징으로 하는 자성막의 제조방법.
21. 제19항 또는 제20항에 있어서, 상기 철 또는 철기자성합금막을 이온타입 후에 500℃ 이하의 온도에서 열처리하는 것을 특징으로 하는 자기헤드.
22. 제19항 또는 제20항에 있어서, 상기 철 또는 철기자성합금막은 상기 막면내의 한 방향의 자장 또는 상기 막면내에서 막면과 상대적으로 회전하는 자장을 인가하면서 이온타입하는 것을 특징으로 하는 자기헤드.
23. 제19항 또는 제20항에 있어서, 상기 철 또는 철기자성합금막은 상기 막면내의 한 방향의 자장 또는 상기 막면내에서 막면과 상대적으로 회전하는 자장을 인가하면서 500℃ 이하의 온도에서 열처리하는 것을 특징으로 하는 자기헤드.
24. 제19항 있어서, 상기 철 또는 철기자성합금막은 비작성기판성에 배설되는 것을 특징으로 하는 자기헤드.
25. 제19항 있어서, 상기 자극은 한 기판에 배설된 복수의 철 또는 철기자성합금막층으로 구성되고, 상기 각 막층은 질소, 탄소 및 붕소중의 최소한 일종의 원소가 이온타입된 영역을 가지고, 최소한 상기 원소가 하나도 없는 철 또는 철기자성합금막층보다 고포화자화를 형성하는 것을 특징으로 하는 자기헤드.
26. 제25항 있어서, 상기 막층에서 최소한 하나의 중간층은 선택된 철 또는 철기자성합금막층 사이에 배설되고, 최소한 상기 하나의 중간층은 강자물질과 비자성물질중의 하나의 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자기헤드.

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