(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板とその上に形成された鉄合金層とを含み、
前記鉄合金層は、０．５〜３ｗｔ％のクロムと２〜６ｗｔ％のアルミニウムと４〜８ｗｔ％のシリコンを含み、アルゴン雰囲気中の蒸着によって形成されたものであることを特徴とする磁気ヘッド用磁性薄膜。
【請求項２】
１．４〜１．６Ｔの飽和磁束密度を有し、絶対値が２×１０-6以下の飽和磁歪を有することを特徴とする請求項１に記載の磁気ヘッド用磁性薄膜。
【請求項３】
前記鉄合金層上に形成された絶縁体の保護層をさらに含むことを特徴とする請求項１または２に記載の磁気ヘッド用磁性薄膜。
【請求項４】
前記鉄合金層と前記絶縁体保護層との対が複数対積層されていることを特徴とする請求項３に記載の磁気ヘッド用磁性薄膜。
【請求項５】
基板を３００〜４００℃の範囲内の温度に加熱し、
０．５〜３ｗｔ％のクロムと２〜５ｗｔ％のアルミニウムと２５〜３０ｗｔ％のシリコンを含む鉄合金タブレットをアルゴン雰囲気中で蒸発させることにより、０．５〜３ｗｔ％のクロムと２〜６ｗｔ％のアルミニウムと４〜８ｗｔ％のシリコンを含む鉄合金層を前記基板層上に堆積することを特徴とする磁気ヘッド用磁性薄膜の製造方法。
【請求項６】
前記鉄合金層の堆積速度が２００〜５００ｎｍ／ｍｉｎの範囲内にあり、前記アルゴン雰囲気の圧力が１×１０-2〜５×１０-2Ｐａの範囲内にあることを特徴とする請求項５に記載の磁気ヘッド用磁性薄膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は磁気ヘッドに用いるための磁性薄膜に関し、特に、少なくともアルミニウムとシリコンを含むセンダスト系鉄合金磁性薄膜とその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、高い保磁力を有する磁気記録媒体に対して読み書きのために用いる磁気ヘッドには、記録時に高い飽和磁束密度を有することが要求される。他方、再生時には十分な再生感度を得るために、磁気ヘッドは高い周波数において高い透磁率を有することが求められる。したがって、従来では、スパッタリングなどによって形成されたセンダスト層などを含む磁性薄膜が、磁気ヘッド用磁性薄膜として用いられてきた。このセンダストとは、典型的には約５ｗｔ％のアルミニウムと約９ｗｔ％のシリコンを含む鉄合金を言うが、この典型的な組成を含む或る組成範囲内の磁性鉄合金もセンダストと呼ばれる。
【０００３】
ところで、スパッタリングなどによって形成されたセンダスト膜のように１Ｔ程度の飽和磁束密度を有する磁性薄膜では、ディジタルビデオに用いられるような１２０ｋＡ／ｍ以上の保磁力を有する記録媒体に対しては記録能力の不足が生じる。
【０００４】
そこで、窒素やメタンガスを含む雰囲気中でスパッタリングなどによって成膜されたＦｅＴａＮやＦｅＡｌＳｉＣ等の微細構造を含む磁性薄膜が研究開発されている。これらの磁性薄膜においては、基本的には、鉄膜中に窒化物や炭化物を析出させることによって鉄の結晶粒径を小さくし、鉄自身が有している磁気異方性を低減することによって軟磁気特性を向上させるメカニズムを採用している。
【０００５】
また、特公平５−８４５６６は、電子ビーム蒸着において基板温度を制御することによって、センダスト標準組成に近い組成領域において、膜面に平行に配向された（２２０）結晶面を有しかつ良好な軟磁気特性を有する磁性膜が形成され得ることを報告している。
【０００６】
さらに、特公平５−３９０８７は、ＦｅＡｌＳｉ膜に窒素を僅かに含有させることによって高い飽和磁束密度，高硬度および高透磁率が得られることを報告している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前述のような微細構造を有する磁性薄膜は、その磁気特性が成膜プロセスに依存するところがある。たとえば、磁気特性向上のメカニズムから考えれば、成膜直後の膜の組織をできるだけ均一にしておき、その後の熱処理によって微細構造を安定化させることが望ましい。成膜直後の膜の組織を均一にしておくためには、その膜をアモルファス状態にすることが最善と考えられる。しかし、成膜直後にアモルファス状態の磁性薄膜を得るためには、スパッタリングを成膜法として採用する以外にないと言っても過言ではなく、すなわち、成膜方法が膜成長速度の遅いスパッタリング法に限定されてしまうことになる。
【０００８】
また、窒素を僅かに磁性薄膜中に含有させる場合においても、反応スパッタリング法が用いられており、成膜速度が遅いことに代わりはない。
【０００９】
さらに、高真空中の電子ビーム蒸着による成膜においては、確かにセンダストの典型的な組成領域に近い範囲内では軟磁気特性が得られるが、高飽和磁束密度を示すような組成領域内では軟磁気特性が得られない。
【００１０】
そこで、本発明は、大きな飽和磁束密度と高い透磁率を兼ね備えかつ優れた耐食性を有する磁性薄膜とその効率的な製造方法を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の１つの態様による磁気ヘッド用磁性薄膜は、基板とその上に形成された鉄合金層とを含み、その鉄合金層は、０．５〜３ｗｔ％のクロムと２〜６ｗｔ％のアルミニウムと４〜８ｗｔ％のシリコンを含み、アルゴン雰囲気中の蒸着によって形成されたものであることを特徴としている。
【００１２】
本発明のもう１つの態様による磁気ヘッド用磁性薄膜の製造方法は、基板を３００〜４００℃の範囲内の温度に加熱し、０．５〜３ｗｔ％のクロムと２〜５ｗｔ％のアルミニウムと２５〜３０ｗｔ％のシリコンを含む鉄合金タブレットをアルゴン雰囲気中で蒸発させることにより、０．５〜３ｗｔ％のクロムと２〜６ｗｔ％のアルミニウムと４〜８ｗｔ％のシリコンを含む鉄合金層を基板上に堆積することを特徴としている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明者たちは、センダストのセカンドピークを含む特定の組成領域内の組成を有しかつ特定濃度範囲内のクロムを含む磁性薄膜をアルゴン雰囲気中の蒸着によって形成した場合に、透磁率の改善されて信頼性に優れた磁性薄膜が再現性良く得られることを見出した。
【００１４】
アルミニウムとシリコンを含む鉄合金であるバルクのセンダストにおいては、約５．５ｗｔ％のアルミニウムと約９．５ｗｔ％のシリコンを含む組成において最も高い透磁率ピークが得られ、これはセンダストのファーストピークと呼ばれる。バルクのセンダストにおいては、また、約５．５ｗｔ％のアルミニウムと約６．５ｗｔ％のシリコンを含む組成において第２の高い透磁率ピークが得られ、これはセンダストのセカンドピークと呼ばれる。
【００１５】
このセカンドピークに対応する組成を有するバルクのセンダストは、ファーストピークに対応する組成を有するバルクのセンダストに比べて、低い透磁率を有しているが大きな飽和磁束密度を有している。したがって、センダストのセカンドピークに対応する組成を含む特定の組成領域内の組成を有する鉄合金薄膜の透磁率を改善することができれば、大きな飽和磁束密度と高い透磁率を兼ね備えた磁性薄膜を得ることができると期待し得る。このように大きな飽和磁束密度と高い透磁率を兼ね備えた磁性薄膜は、高い保磁力を有する記録媒体に対して好ましく用いられ得る磁気ヘッド用磁性薄膜として用いることができる。
【００１６】
図１においては、本発明の実施の形態による磁性薄膜が概略的な断面図で図解されている。図１（Ａ）の磁性薄膜は、セラミックス基板１上にアルゴン雰囲気中で蒸着によって形成された鉄合金薄膜２と、その上に形成されたＳｉＯ2 の保護膜３を含んでいる。この鉄合金膜２は、０．５〜３ｗｔ％のクロムと２〜６ｗｔ％のアルミニウムと４〜８ｗｔ％のシリコンを含み得る。基板１としては、セラミックスに限られず、膨張係数がセンダストと同じくらいであれば、他の材料をも用いることができる。たとえば、フェライト等との複合磁気材料を形成する場合には、基板としては当然にフェライトが用いられ得る。しかし、現実には、センダストよりも熱膨張係数が大きな基板を安定して使用することは容易ではなく、センダストより少し熱膨張係数の小さなセラミックス基板を用いることが好ましい。
【００１７】
図１（Ｂ）の磁性薄膜は、基板１上に、鉄合金膜２とＳｉＯ2 膜３との対が２対積層された構造を有している。このような鉄合金膜２とＳｉＯ2 膜３との対を任意の数の対だけ基板１上に積層してもよいことは言うまでもない。
【００１８】
図２は、図１に示されているような磁気ヘッド用磁性薄膜を製造するための成膜装置を概略的な断面図で示している。図２において、蒸着装置９内に、セラミックス基板１がセットされ、鉄合金膜２がアルゴン雰囲気中の蒸着によって基板１上に成長させられる。このとき、ヒータ７によって基板１を３００〜４００℃の範囲内の温度に加熱し、蒸着装置９内に約１×１０-2〜５×１０-2Ｐａの範囲内の圧力のアルゴンガスが導入される。その後、フィラメント１０を熱して、るつぼ１２中に入れられた鉄合金タブレット６に、フィラメント１０からエミットされた熱電子１０Ａを照射することによって、基板１の表面に鉄合金膜が形成される。
【００１９】
鉄合金タブレット６は、たとえば、１ｗｔ％のクロム，４ｗｔ％のアルミニウム，および２７．５ｗｔ％のシリコンを含んでいる。鉄合金膜の成長速度は２００〜５００ｎｍ／ｍｉｎの範囲内に設定され、成長した鉄合金膜２の厚さは２〜４μｍの範囲内に設定される。ここで、成膜速度は、生産性の観点から、比較的速くすることが好ましい。なお、図２中のシャッタ１１は、蒸発させられた蒸気流の通過を制御するために用いられる。
【００２０】
ところで、得られる鉄合金膜２の組成と鉄合金タブレット６の組成とは一致せず、鉄合金膜２の組成は鉄合金タブレット６の組成のみならず鉄合金膜２の堆積条件に依存して変化する。たとえば、０．５〜３ｗｔ％のクロムと２〜６ｗｔ％のアルミニウムと４〜８ｗｔ％のシリコンを含む鉄合金膜２を得るためには、０．５〜３ｗｔ％のクロムと２〜５ｗｔ％のアルミニウムと２５〜３０ｗｔ％のシリコンを含む組成範囲の鉄合金タブレット６を用いることができる。
【００２１】
クロムとアルミニウムとシリコンを含む鉄合金膜２が形成された後に、その鉄合金膜２上に保護膜３が形成される。図１においてはＳｉＯ2 の保護膜３が形成されているが、その他の絶縁体膜も保護膜として用いることができる。
【００２２】
具体的な例として、鉄合金膜２とＳｉＯ2 膜の対を基板１上に４対積層した後に６５０℃で真空熱処理して磁気ヘッド用磁性薄膜が形成された。このようにして得られた磁気ヘッド用磁性薄膜における鉄合金膜２は、０．５〜３ｗｔ％のクロム，２〜６ｗｔ％のアルミニウム，および４〜８ｗｔ％のシリコンを含む組成を有し得ることが、組成分析の結果として判明した。また、そのような磁性薄膜は約１．５Ｔ近傍の飽和磁束密度を有するときに保磁力が最小になるので、１．４〜１．６Ｔの範囲内の飽和磁束密度を有することが好ましく、また、実際に磁気ヘッドにおいて安定して用いられ得るのは絶対値で２×１０-6以下の飽和磁歪を有するものであった。
【００２３】
蒸着用原料の鉄合金タブレットと得られた鉄合金膜との組成の関係は、アルゴン雰囲気中の蒸着による成膜条件に拘らず、特開昭６０−２８４８０６における高真空中の電子ビーム蒸着の場合と同様に、膜中のクロム濃度とタブレット中のクロム濃度とはほぼ同じであった。
【００２４】
鉄合金膜中のクロム濃度を増やしていけば、軟磁気特性が低下する傾向にある。この点について調査したところ、鉄合金膜中にクロムを含有させれば、透過電子顕微鏡の観察結果による膜中の結晶粒が小さくなっていた。たとえば、クロムを含有しない鉄合金膜は１５０ｎｍの平均結晶粒径を有していたが、クロムを含有する鉄合金膜の平均結晶粒径は１００ｎｍ程度まで小さくなっていた。
【００２５】
クロムを含む鉄合金膜における平均結晶粒径が小さくなることによる軟磁気特性の劣化を防止するために、基板温度を３００℃より高く調整することにより、たとえば３ｗｔ％のクロムを含む鉄合金膜において３００℃以下の基板温度で蒸着されたものは１２０Ａ／ｍ程度の保磁力を有していたが、３５０℃の基板温度で形成されたものでは保磁力が８０Ａ／ｍ程度まで減少した。
【００２６】
他方、本発明によってアルゴン雰囲気中の蒸着によって形成された鉄合金膜における比透磁率は、１ｗｔ％クロムを含む場合に約３５００であり、２ｗｔ％クロムを含む場合に約２３００であり、そして３ｗｔ％クロムを含む場合に約１５００であった。これらの比透磁率は、窒素雰囲気中の蒸着によって形成された同一組成の鉄合金膜におけるものと比べて、いずれも１．５〜１．８倍の高い値であった。しかし、鉄合金膜中のクロム濃度を３ｗｔ％を超えて増大させれば、その鉄合金膜の透磁率が１５００未満の値になり、磁気ヘッド用のコア材料としては好ましくない。したがって、鉄合金膜中に好ましくは含ませ得るクロム濃度の上限は３ｗｔ％と考えられる。
【００２７】
耐食性については、特開昭６０−２８４８０６に示されたのとほぼ同様の傾向を示した。たとえば、クロムを含むことなくアルゴン雰囲気中で蒸着によって形成された鉄合金膜は高真空中で作製されたものに比べて耐食性が劣る。具体的には、５％のＮａＣｌを含む室温の水溶液中における２４時間浸漬テストにおいて、高真空中で蒸着されたクロムを含まない鉄合金膜の断面は一部が茶褐色に変色するが、その腐食が生じる範囲は一部である。しかし、アルゴン雰囲気中の蒸着で形成されたクロムを含まない鉄合金膜は、その腐食される領域が多かった。ところが、アルゴン雰囲気中の蒸着で形成される鉄合金膜においても、たとえば１ｗｔ％のクロムを添加することにより、このような腐食が著しく軽減された。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、大きな飽和磁束密度と高い透磁率とを兼ね備えかつ優れた耐食性を有する信頼性の高い磁気ヘッド用磁性薄膜をアルゴン雰囲気中の蒸着によって再現性良く効率的に製造して提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による磁性薄膜を示す概略的な断面図である。
【図２】本発明による磁性薄膜の製造方法を説明するための蒸着装置の概略的な断面図である。
【符号の説明】
１  基板
２  クロムとアルミニウムとシリコンを含む鉄合金膜
３  ＳｉＯ2 保護膜
６  鉄合金タブレット
７  ヒータ
９  蒸着装置
１０  フィラメント
１０Ａ  熱電子
１１  シャッタ
【図１】
0003641541.tif 000002
【図２】
0003641541.tif 000003