Die vorliegende Erfindung betrifft einen magnetischen Dünnfilm
und eine magnetische Vorrichtung unter Verwendung von diesem. Insbesondere betrifft
die vorliegende Erfindung einen weichmagnetischen Dünnfilm, der für einen
magnetischen Aufzeichnungskopf, einen magnetischen Wiedergabekopf, einen magnetischen
Sensor mit einem magnetischen Impedanzsensor, eine magnetische Schaltungskomponente,
wie eine magnetische Spule, und einen Induktor oder eine magnetische Induktionsheizeinrichtung,
wie ein IH-Reiskocher und eine IH-Wärmeplatte und eine magnetische Vorrichtung
wie einen Magnetkopf, einen magnetischen Sensor, eine magnetische Schaltungskomponente
und eine magnetische Induktionsheizeinrichtung geeignet ist, wobei der weichmagnetische
Dünnfilm verwendet wird.
JP-07-111221 offenbart ein magnetisches Sputter-Target und einen dieses
verwendenden magnetischen Dünnfilm und einen Dünnfilm-Magnetkopf. Das
magnetische Sputter-Target beinhaltet Si mit 4–20 Gew.%, Al mit 2–15
Gew.% und mindestens eine Art von Verbindung ausgewählt aus dem Oxid, Nitrid,
Borid, Stickstoffborid, Karbid- und Bornitrid eines Elements der Gruppe IVA, der
Gruppe VA, und der Gruppe VI mit 0,1–10 Gew.% und der Rest derselben besteht
im wesentlichen aus Fe.
EP-0442760 offenbart einen weichmagnetischen Legierungsfilm bestehend
im wesentlichen aus einer durchschnittlichen Zusammensetzung der folgenden Formel
TaMbXcNd, wobei T mindestens ein Metall
ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Fe, Co und Ni darstellt, M mindestens
ein Metall ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Nb, Zr, Ti, Ta, Hf, Cr,
Mo, W und Mn darstellt, X mindestens ein Halbmetall ausgewählt aus der Gruppe
bestehend aus B, Si, Ge und C darstellt, N Stickstoff ist, und a, b, c und d jeweils
derartige Werte in Atomprozent sind, dass a 65–93 ist, b 0–20 ist,
c 0–20 ist, d 1–20 ist, b + c ≥ 5 und a + b + c + d = 100.
DE-3927342 offenbart ein magnetisches Material für einen magnetischen
Abnehmerkopf. Das Material besteht aus Eisen mit dem Zusatz von Sauerstoff und Stickstoff,
d.h. 3–20 Atomprozent N und 1,5–15 Atomprozent 0. Ein Material mit
der Zusammensetzung FevNwOxMy ist offenbart,
in welchem M mindestens eins der Elemente Ta, Nb, Si ist, w 1–20 ist, x 1–20
ist und y 0,5–6 ist, mit x + y + w + v = 100. Auch offenbart sind Legierungen,
wie oben definiert, in welchen x 1–10 ist oder w 1–10 ist. Die Legierung
kann auch 0,3–3 Atomprozent eines Elements der Pt-Gruppe oder der Gruppe
VIA, vorzugsweise Ru oder Cr, enthalten.
US-5154983 offenbart eine magnetische Legierung, dargestellt durch
die Zusammensetzungsformel FexNyMz, worin M mindestens
eins der Elemente B, C, Al, Ga oder Ge darstellt, oder M M'z, Ly
ist, worin M' die gleichen Definition wie das obige M hat und L mindestens eins
ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ti, V, Cr, Co, Ni, Cu, Y, Zr, Nb, Mo,
Ru, Rh, Pd, Ag, Sn, Sb, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au und Pb darstellt und worin
y 1–20 ist, z 0,5–15 ist und x + y + z = 100 oder y 1–20 ist,
z 0,5–15 ist, v 0,3–15 ist und x + y + z + v = 100 ist, jeweils in
Atomprozent.
Auf dem Gebiet einer magnetischen Vorrichtung unter Verwendung eines
weichmagnetischen Materials wurde ein magnetisches Material gefordert, das sowohl
eine ausgezeichnete magnetische Eigenschaft als auch eine hohe magnetische Sättigungsflußdichte
aufweist. Genauer gesagt sind eine Verbesserung der Schreibfähigkeit eines
an der Verbesserung der magnetischen Aufzeichnungsdichte beteiligten Magnetkopfs,
eine Verbesserung der Änderungsrate der magnetischen Impedanz eines magnetischen
Impedanzsensors und eine Verbesserung der Wirksamkeit der Umwandlung von elektromagnetischer
Energie in Wärme einer magnetischen Induktionsheizeinrichtung erwünscht.
Auf der Suche nach einem diese Anforderungen erfüllenden Material wurden in
letzter Zeit Übergangsmetall-(Fe, Co) – IIIa bis Va- oder IIIb bis Vb-basierte
Materialien in einem breiten Bereich untersucht (beispielsweise Hasegawa: Journal
of Japan Applied Magnetism, 14, 319–322 (1990), NAGO IEEE, Trans. magn.,
Band 28, Nr. 5 (1992)). Diese vielen Untersuchungen haben gezeigt, daß es wichtig
ist, daß ein Material, das unter den vorstehend erwähnten Zusammensetzungen
eine weichmagnetische Eigenschaft aufweist, unmittelbar nach der Bildung eines Films
eine amorphe Phase oder eine mikrokristalline Phase nahe der amorphen Phase hat,
daß dann durch eine Wärmebehandlung oder dergleichen Körner gezüchtet
werden und daß das Material schließlich eine körnige Struktur aufweist.
Weiterhin haben hinsichtlich der Kristallgröße der körnigen Teilchen
viele Forscher einschließlich Herzer (IEEE, Trans. magn., MAG-26, 1397 (1990),
Journal of Japan Applied Magnetism, Band 20, Nr. 6 (1996)) das Folgende bestätigt:
Eine ausgezeichnete weichmagnetische Eigenschaft kann nur dann erzeugt werden, wenn
die durchschnittliche Kristallgröße magnetischer Kristallkörner in
ausreichendem Maße kleiner ist als der Austauschkopplungsabstand oder in ausreichendem
Maße größer als dieser. Nach zahlreichen Berichten ist der Erzeugungsmechanismus
hierfür der folgende. In einem Bereich mit großen Kristallkörnern
erzeugt eine Domänenwandbewegung infolge von Defekten oder einer Verringerung
der Korngrenzendichte oder der Einfachheit einer Magnetisierungsdrehung die weichmagnetische
Eigenschaft. Andererseits wird in einem Bereich mit kleinen Kristallkörnern
die weichmagnetische Eigenschaft folgendermaßen verwirklicht: Jeder Mikrokristall
wechselwirkt in erheblichem Maße mit benachbarten Mikrokristallkörnern,
woraus sich ein dreidimensionaler Austausch ergibt, so daß jede magnetische
Kristallanisotropie ausgeglichen wird und dadurch die auftretende magnetische Kristallanisotropie
verringert wird.
Ein mikrokristallines Material, in dem ausgefällte oder gewachsene
Mikrokristallkörner im wesentlichen aus einem magnetischen Metall (beispielsweise
Fe, FeCo) bestehen, insbesondere ein Material mit einer hohen magnetischen Sättigungsflußdichte
von 1,2T oder mehr, stellt hinsichtlich der Korrosionsbeständigkeit ein Problem
dar. Daher wird eine Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit durch Auflösen
eines Elements wie Al, das in &agr;-Fe einen passiven Zustand bildet, versucht.
Ein Antikorrosionselement, das einen passiven Zustand bildet, wie Al, reagiert jedoch
im wesentlichen vorzugsweise mit einem leichten Element, wie Sauerstoff, Stickstoff,
Kohlenstoff oder Bor, das zum Erzeugen eines amorphen Zustands oder zum Verkleinern
der Kristallkörner verwendet wird, weil es eine niedrige freie Energie für
die Bildung eines Oxids und eines Nitrids aufweist. Demgemäß ist es unwahrscheinlich,
daß das Antikorrosionselement in einer Festlösung mit &agr;-Fe-Mikrokristallen
bleibt. In dem Fall, in dem zu den &agr;-Fe-Mikrokristallen eine Menge hinzugefügt
wird, die ausreicht, um eine Korrosionsbeständigkeit bereitzustellen, wird
die magnetische Sättigungsflußdichte erheblich verringert.
Wenn diese magnetischen Materialien andererseits für einen Magnetkopf
verwendet werden, wird das Material bei einem Prozeß zum Verschmelzen mit einem
Glas, das zum Erzeugen eines Magnetkopfs erforderlich ist, einer Wärmebehandlung
unterzogen. Der Schmelzpunkt des Glases, die Wärmeausdehnungskoeffizienten
des Substrats, des Glases und des magnetischen Films, die optimale Mikrokristall-Ausfällungstemperatur
des magnetischen Materials und die Abstimmung von ihnen beeinflussen die Eigenschaften
des Magnetkopfs. Die Temperatur für die Wärmebehandlung zum Erzeugen eines
Kopfs beträgt in Hinblick auf die Zuverlässigkeit des Glases und die optimale
Temperatur für die Wärmebehandlung des magnetischen Materials vorzugsweise
500°C oder mehr.
Wenn der Magnetkopf ein Metal-In-Gap-Kopf (MIG-Kopf) ist, bei dem
ein magnetischer Dünnfilm beispielsweise auf Ferrit gebildet ist, läuft
an der Grenzfläche zwischen dem Ferrit und dem magnetischen Film eine Reaktion
ab, wenn die Temperatur bei der Wärmebehandlung zu hoch ist, so daß eine
hinsichtlich des Magnetismus beeinträchtigte Schicht, die an der Grenzfläche
zwischen dem magnetischen Film und dem Ferrit erzeugt ist, dicker wird, wodurch
das Pseudo-Spalt-Rauschen höher wird. Im Fall eines LAM-Kopfs, bei dem ein
magnetischer Dünnfilm und ein isolierender Film laminiert auf ein nichtmagnetisches
Substrat aufgebracht sind, hat der magnetische Film einen von demjenigen des Substrats
verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizienten. Daher wird die thermische Spannung
zwischen dem magnetischen Film und dem Substrat größer, wenn die Temperatur
bei der Wärmebehandlung höher ist. Demgemäß wird die weichmagnetische
Eigenschaft des Films durch eine Erhöhung der anisotropen Energie beeinträchtigt,
die durch einen inversen Magnetostriktionseffekt hervorgerufen wird. Es ist daher
erwünscht, daß die optimale Temperatur bei der Wärmebehandlung für
das magnetische Material etwa 550°C oder weniger beträgt.
Wie vorstehend beschrieben wurde, muß jedoch das mikrokristalline
Material, das eine ausreichende Menge eines Antikorrosionselements in der Festlösung
mit Metallmikrokristallen aufweist, einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur
in der Nähe von 600 und 700°C oder darüber unterzogen werden, um
die Kristallstruktur zu stabilisieren und eine ausreichend geringe Magnetostriktionskonstante
zu ermöglichen.
Weiterhin haben diese mikrokristallinen magnetischen Dünnfilme
schon an sich eine Anzahl von Grenzflächen je Volumeneinheit, die zwischen
magnetischen Teilchen vorhanden sind. Daher werden während einer Wärmebehandlung
unter Verwendung der Grenzflächenenergie als treibende Kraft in erheblichem
Maße magnetische Kristallkörner gezüchtet. Dies führt zu einem
schmalen Bereich der optimalen Temperatur bei der Wärmebehandlung, in dem eine
zufriedenstellende weichmagnetische Eigenschaft auftritt, zu heterogenen Eigenschaften
und zu einem begrenzten Bereich der Temperatur für die Verwendung.
Andererseits sind das Abschälen eines Films von einem Substrat
infolge innerer Spannungen und feine Risse auf einem Substrat Probleme, die bei
vielen Dünnfilmmaterialien gewöhnlich auftreten. Beispielsweise schließt
die innere Spannung eines durch Sputtern auf einem Substrat gebildeten Films im
allgemeinen eine Druckspannung oder eine Zugspannung ein. Wenn die Haftfestigkeit
zwischen einem Substrat und einem Film oder die Bruchfestigkeit eines Substratmaterials
gering ist, tritt, abhängig von der Form oder von dem Oberflächenzustand
des Substrats, das Problem des Abschälens des Films auf.
Angesichts der vorstehend erwähnten Probleme, wie der Wärmestabilität
oder der Korrosionsbeständigkeit, die beim Erhöhen der
magnetischen Sättigungsflußdichte eines weichmagnetischen Dünnfilmmaterials
auftreten, besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen magnetischen
Dünnfilm mit einer ausgezeichneten Zuverlässigkeit und einer weichmagnetischen
Eigenschaft und eine magnetische Vorrichtung, bei der dieser verwendet wird, bereitzustellen.
Zum Lösen der im Stand der Technik auftretenden vorstehend erwähnten
Probleme haben die Erfinder ein magnetisches Material mit einer Zwischenstruktur
in einem Bereich, der zwischen einem Bereich, in dem eine körnige Struktur
gebildet ist, und einem Bereich, in dem größere säulenartige Kristallkörner
verwirklicht sind, wie in 3 dargestellt ist, liegt,
von dem herkömmlicherweise angenommen wurde, daß er mangelhafte Merkmale
aufweist, genauer untersucht.
Um die vorstehend erwähnten Probleme aus dem Stand der Technik
zu lösen, haben die Erfinder auch die Zusammensetzung eines magnetischen Materials
und die Bedingungen und die Zusammensetzung eines unterliegenden Films, die die
optimale Struktur verwirklichen können, untersucht.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein magnetischer Dünnfilm,
wie in Ansprüchen 1 und 2 beansprucht, und eine magnetische Vorrichtung, wie
in Anspruch 3 beansprucht, bereitgestellt.
Ein magnetischer Dünnfilm gemäß der vorliegenden Erfindung
umfaßt einen magnetischen Film, der magnetische Kristallkörner als eine
Mutterphase (eine Hauptphase) aufweist.
Die magnetischen Kristallkörner haben eine näherungsweise
säulenartige oder nadelartige Form oder eine verzweigte Form, die aus der Kombination
der näherungsweise säulenartigen oder nadelartigen Form zusammengesetzt
ist, und die magnetischen Kristallkörner haben eine durchschnittliche maximale
Länge von mehr als 50 nm und eine durchschnittliche Kristallgröße
in einer kurzen Richtung der näherungsweise säulenartigen oder nadelartigen
Form von mehr als 5 nm und weniger als 60 nm.
Die magnetischen Kristallkörner des magnetischen Dünnfilms
gemäß der vorliegenden Erfindung sind in dem Maße größer
als bei einem herkömmlichen mikrokristallinen Material, das die durchschnittliche
maximale Länge (durchschnittliche Kristallgröße) in Längsrichtung
der näherungsweise nadelartigen oder säulenartigen Abschnitte der näherungsweise
nadelartigen, säulenartigen oder verzweigten Kristalle 50 nm oder mehr beträgt.
Dementsprechend ist die Grenzflächenenergie je Volumeneinheit klein, so daß
kaum Kristallkörner gezüchtet werden. Daher kann die Wärmebehandlungsstabilität
in einem breiten Temperaturbereich verwirklicht werden. Weiterhin wird im allgemeinen
anerkannt, daß die säulenartige oder nadelartige Kristallstruktur infolge
der Anisotropie der Form die Beeinträchtigung der magnetischen Eigenschaft
hervorruft. Weil die Oberflächenenergie je Volumen eines Kristallkorns groß
ist, Wechselwirken die Kristallkörner gemäß der vorliegenden Erfindung
nichtsdestoweniger in erheblichem Maße in Form eines Austausches miteinander.
Hierdurch wird die magnetische Anisotropie der Form unterdrückt und damit die
weichmagnetische Eigenschaft verbessert. Wenn die Größe und die Form der
magnetischen Kristallkörner weiterhin im vorstehend beschriebenen Bereich liegen,
ist die elektrische Potentialdifferenz zwischen Kristallkörnern auf der Grundlage
einer Ungleichmäßigkeit elektrochemischer Potentiale zwischen den Kristallkörnern
verringert, und die Korrosion infolge des Effekts lokaler Zellen ist unterdrückt.
Demgemäß ist die Korrosionsbeständigkeit verbessert. Für einen
magnetischen Dünnfilm mit einer durchschnittlichen Kristallgröße
in der kurzen Richtung von 60 nm oder darüber ist es schwierig, eine hohe magnetische
Sättigungsflußdichte von 1,2T oder mehr und die weichmagnetische Eigenschaft
und die Korrosionsbeständigkeit gleichzeitig zu verwirklichen. Wenn die durchschnittliche
Kristallgröße 5 nm oder weniger beträgt, kann keine zufriedenstellende
Wärmebehandlungsstabilität in einem weiten Temperaturbereich erhalten
werden.
Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen magnetischen
Dünnfilms haben die magnetischen Kristallkörner ein durchschnittliches
Volumen Va und eine durchschnittliche Oberfläche Sa, welche die folgende Ungleichung
erfüllen:
Sa > 4,84 Va2/3[1]
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung umfaßt ein magnetischer Dünnfilm einen magnetischen Film mit
näherungsweise säulenartigen oder nadelartigen magnetischen Kristallkörnern
als eine Mutterphase. Eine durchschnittliche Kristallgröße dS in einer
kurzen Richtung der magnetischen Kristallkörner und die durchschnittliche Kristallgröße
dL in Längsrichtung der magnetischen Kristallkörner erfüllen jeweils
die folgenden Ungleichungen:
5 nm < dS < 60 nm[2]
dL > 100 nm[3]
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung umfaßt ein magnetischer Dünnfilm einen magnetischen Film mit
magnetischen Kristallkörnern. Die magnetischen Kristallkörner umfassen
verzweigte Kristallkörner, die aus der Kombination näherungsweise säulenartiger
oder nadelartiger Formen als eine Mutterphase zusammengesetzt sind. Eine durchschnittliche
Kristallgröße ds in der kurzen Richtung der näherungsweise säulenartigen
oder nadelartigen Form und eine durchschnittliche maximale Länge dl der verzweigten
Kristallkörner erfüllen die folgenden jeweiligen Ungleichungen:
5 nm < ds < 60 nm[4]
dl > 150 nm[5]
Gemäß diesen Ausführungsformen können eine ausgezeichnete
weichmagnetische Eigenschaft und eine Wärmebehandlungsstabilität der weichmagnetischen
Eigenschaft in einem weiten Temperaturbereich verwirklicht werden, während
eine hohe magnetische Sättigungsflußdichte (beispielsweise 1,2T oder mehr)
erhalten bleibt. Zusätzlich ist die Korrosionsbeständigkeit verbessert.
Die magnetischen Kristallkörner des magnetischen Dünnfilms gemäß
der vorliegenden Erfindung sind näherungsweise nadelartige oder säulenartige
oder verzweigte Kristallkörner, und der durchschnittliche Durchmesser der Kristallkörner
ist größer als derjenige eines herkömmlichen mikrokristallinen Materials.
Demgemäß ist die Grenzflächenenergie je Volumeneinheit klein, so
daß nur schwierig ein Kristallkornwachstum auftritt. Daher kann die Wärmebehandlungsstabilität
in einem weiten Temperaturbereich verwirklicht werden. Weiterhin wechselwirken die
Kristallkörner erheblich miteinander, so daß die magnetische Anisotropie
in der Form unterdrückt wird und die magnetische Kristallanisotropie in der
kurzen Richtung zwischen Kristallkörnern ausgeglichen wird, so daß eine
ausgezeichnete weichmagnetische Eigenschaft erzeugt wird. Wenn die Größe
und die Form der magnetischen Kristallkörner weiterhin in dem in den Ungleichungen
[2] und [3] (oder den Ungleichungen [4] und [5]) dargestellten Bereich liegen, wird
eine elektrische Potentialdifferenz zwischen den Kristallkörnern auf der Grundlage
der Ungleichmäßigkeit elektrochemischer Potentiale zwischen den Kristallkörnern
verringert, und die Korrosion infolge des Effekts lokaler Zellen wird unterdrückt.
Demgemäß wird die Korrosionsbeständigkeit verbessert. Wenn dS (oder
ds) 60 nm oder mehr beträgt, ist es schwierig, eine hohe magnetische Sättigungsflußdichte
von 1,2T oder mehr und die weichmagnetische Eigenschaft und die Korrosionsbeständigkeit
gleichzeitig zu verwirklichen. Wenn dS (oder ds) 5 nm oder kleiner ist, ist die
Wärmebehandlungsstabilität in einem weiten Temperaturbereich nicht sehr
gut. In ähnlicher Weise ist die Wärmebehandlungsstabilität nicht
sehr gut, wenn dL 100 nm oder kleiner (oder dl 50 nm oder kleiner) ist.
Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen magnetischen
Dünnfilms sind die Kristallorientierungen benachbarter magnetischer Kristallkörner
zumindest in einer in einer Ebene liegenden Richtung vorzugsweise verschieden. Gemäß
dieser bevorzugten Ausführungsform ist das Versatzverhältnis der magnetischen
Anisotropie verbessert, und die magnetische Kristallanisotropie benachbarter nadelartiger,
säulenartiger oder verzweigter Kristallkörner ist anscheinend verringert.
Demgemäß kann die weichmagnetische Eigenschaft verbessert werden.
Ein magnetischer Dünnfilm ist offenbart, der wenigstens ein Element,
das aus der aus C, B, O und N bestehenden Gruppe ausgewählt ist, und ein Element,
das eine niedrigere freie Energie für die Bildung eines Oxids und/oder eines
Nitrids als Fe hat, enthält.
Beispielsweise ermöglicht in dem Fall, in dem der magnetische
Film durch Sputtern erzeugt wird, die Bildung einer Festlösung eines leichten
Elements, wie C, B, O und N mit einem magnetischen Metallelement und die Reaktion
des leichten Elements mit einem Element, das eine niedrigere freie Energie für
die Bildung eines Oxids und/oder eines Nitrids als Fe hat, daß die Kopplung
von Insel-Kristallstrukturen in einem frühen Stadium des Wachstums auf einem
Substrat oder die Kopplung zwischen den Kristallkörnern während des Wachstums
gesteuert wird. Demgemäß kann die Filmstruktur verwirklicht werden, bei
der die Kristallkörner bevorzugte Formen, wie nadelartige, säulenartige
oder verzweigte Formen aufweisen, so daß eine große Oberfläche je
Volumen des Kristallkorns verwirklicht werden kann. Insbesondere erzeugt die Kombination
einer Vielzahl der vorstehend beschriebenen Elemente Reaktionsprodukte mit verschiedenen
freien Energien und Zwischenprodukte von diesen. Daher kann ein kleiner Anteil der
Zusätze als Ganzes die vorstehend beschriebene Filmstruktur verwirklichen.
Dadurch kann die hohe magnetische Sättigungsflußdichte des magnetischen
Materials aufrechterhalten werden.
Ein magnetischer Dünnfilm ist offenbart, wobei die magnetischen
Kristallkörner vorzugsweise ein Element aufweisen, das eine niedrigere freie
Energie für die Bildung eines Oxids und/oder eines Nitrids als Fe hat.
Bei einem durch das Ausfällen einer amorphen Quelle erhaltenen
herkömmlichen mikrokristallinen Material fällt durch einen Wärmebehandlungsprozeß
ein großer Teil des Elements in der Korngrenze aus. Andererseits wird gemäß
dieser bevorzugten Ausführungsform ein Film in dem Zustand gebildet, in dem
das Element als eine Festlösung in den Kristallkörnern des magnetischen
Metalls gelöst ist. Daher kann eine kleine Menge des hinzugefügten Elements
ausreichen, um auf den Oberflächen der magnetischen Kristallkörner einen
Oxid-Schutzfilm zu bilden. Weiterhin steuert das Element die frühe Kristallform
auf dem Substrat, und es dient folglich dazu, einen magnetischen Film mit der bevorzugten
Kristallkorngröße und der bevorzugten Form gemäß der vorliegenden
Erfindung zu bilden.
Ein magnetischer Dünnfilm ist offenbart, wobei das Element, das
eine niedrigere freie Energie für die Bildung eines Oxids und/oder eines Nitrids
als Fe hat, wenigstens ein Element ist, das aus der aus Elementen der Gruppe IVb
(Ti, Zr, Hf), Elementen der Gruppe Vb (V, Nb, Ta), Al, Ga, Si, Ge und Cr bestehenden
Gruppe ausgewählt ist.
Gemäß dieser Spezifikation sind Elemente der Gruppen IIIb,
IVb und Vb Übergangselemente.
Durch die Verwendung dieser Elemente in einer kleinen Menge kann die
bevorzugte Filmstruktur der vorliegenden Erfindung erreicht werden, und es können
gleichzeitig eine hohe Korrosionsbeständigkeit und eine ausgezeichnete magnetische
Eigenschaft verwirklicht werden. Es wird angenommen, daß daran eine verhältnismäßig
hohe Diffusionsrate dieser Elemente in den magnetischen Metallkristallen beteiligt
ist.
Bei einer weiteren Anordnung des erfindungsgemäßen magnetischen
Dünnfilms ist an einer Korngrenze der magnetischen Kristallkörner ein
Mikrokristall oder ein amorpher Korngrenzenverbund vorhanden, der aus wenigstens
einem ausgewählten aus der aus einem Carbid, einem Borid, einem Oxid, einem
Nitrid und einem Metall bestehenden Gruppe gebildet ist.
Gemäß dieser Anordnung wird die Kornform der magnetischen
Kristallkörner durch den Korngrenzenverbund gesteuert, so daß die Kristallkornstruktur
verwirklicht werden kann und die Wärmebehandlungsstabilität der magnetischen
Eigenschaft verbessert werden kann.
Bei einer weiteren Anordnung erfüllt die durchschnittliche minimale
Länge von wenigstens 30% des Korngrenzenverbunds die folgende Ungleichung:
0,1 nm ≤ T ≤ 3 nm[6]
Wenn die durchschnittliche minimale Länge T des Korngrenzenverbunds
kleiner als 0,1 nm ist, kann das Kristallkornwachstum nicht ausreichend unterdrückt
werden. Wenn sie andererseits größer als 3 nm ist, wird die Austauschkopplung
zwischen den magnetischen Kristallkörnern verhindert, und es wird demgemäß
möglicherweise die magnetische Sättigungsflußdichte verringert. Es
wurde insbesondere bestätigt, daß wenn wenigstens 30% des Korngrenzenverbunds
eine durchschnittliche minimale Länge T zwischen 0,1 nm und 3 nm aufweist,
gleichzeitig eine ausgezeichnete weichmagnetische Eigenschaft und eine ausgezeichnete
Wärmebehandlungsstabilität verwirklicht werden können.
Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen
magnetischen Dünnfilms weist der magnetische Dünnfilm einen aus wenigstens
einer Schicht gebildeten unterliegenden Film und einen auf dem unterliegenden Film
gebildeten magnetischen Film auf. Wenigstens eine Schicht des unterliegenden Films
enthält vorzugsweise ein Element, das eine niedrigere freie Energie für
die Bildung eines Oxids und/oder eines Nitrids als Fe aufweist.
Gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform wird die Diffusionsreaktion
zwischen dem magnetischen Film und dem unterliegenden Film unterdrückt, und
es kann die Wärmestabilität in der Nähe des früh gebildeten
Films mit der bevorzugten Kristallkornstruktur verwirklicht werden. In dem Fall,
in dem das Element beispielsweise in Form einer Festlösung vorliegt, reagiert
es mit einem aktiven Element, wie Sauerstoff, Stickstoff oder Kohlenstoff, das aus
dem magnetischen Film oder dem unterliegenden Film diffundiert ist, und die so gebildete
Reaktionsproduktschicht wirkt als eine Sperre zum Verhindern einer Diffusion. In
dem Fall, in dem das Element als ein stabiler Verbund vorliegt, verschmälern
die Verbundstrukturen den Diffusionsweg, wodurch das Diffundieren der aktiven Elemente
verhindert wird, und sie bilden in der Nähe des Diffusionswegs Reaktionsprodukte.
Daher wird die Diffusionsreaktion unterdrückt.
Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen
magnetischen Dünnfilms weist der magnetische Dünnfilm einen aus mindestens
einer Schicht gebildeten unterliegenden Film und einen auf dem unterliegenden Film
gebildeten magnetischen Film auf. Wenigstens eine Schicht, die von den Schichten,
die den unterliegenden Film bilden, in Kontakt mit dem magnetischen Film steht,
besteht vorzugsweise aus einer Substanz, die eine niedrigere freie Oberflächenenergie
als Fe hat.
In dem Fall, in dem der magnetische Film beispielsweise durch Sputtern
gebildet wird, wird das Kristallkornwachstum insbesondere in einem frühen Stadium
des Wachstums des magnetischen Films unterdrückt, so daß die Kristallkornstruktur
ausgehend von der Umgebung des Substrats verwirklicht werden kann. Falls die freie
Oberflächenenergie größer als diejenige von Fe ist, werden die Kristallkörner
in der Umgebung des Substrats zu groß, wodurch in der Umgebung des Substrats
eine hinsichtlich des Magnetismus beeinträchtigte Schicht gebildet wird. Im
Fall eines MIG-Kopfs, bei dem ein magnetischer Film auf Ferrit gebildet ist, bewirkt
eine solche hinsichtlich des Magnetismus beeinträchtigte Schicht beispielsweise
die Bildung eines Pseudo-Spalts oder das Beeinträchtigen der Empfindlichkeit
des Wiedergabekopfs. Weiterhin beeinflußt die Kristallinität der Kristallkörner,
die in einer frühen Phase übermäßig gewachsen sind, wie im Fall
eines LAM-Kopfs in dem Fall, in dem der magnetische Film durch isolierende Schichten
in verhältnismäßig kleinen Intervallen von einigen zehn nm bis mehreren
&mgr;m unterteilt ist, den ganzen Film. Weil der unterliegende Film weiterhin
die an der Grenzfläche angesammelte freie Energie steuern kann, kann die innere
Spannung zwischen dem magnetischen Film und dem unterliegenden Film oder dem Substrat
verringert werden. Demgemäß kann auch die Beeinträchtigung des Magnetismus
infolge des inversen Magnetostriktionseffekts unterdrückt werden. Eine Schicht,
die aus einer Substanz gebildet ist, dessen freie Oberflächenenergie kleiner
ist als diejenige des magnetischen Films in dem unterliegenden Film, hat vorzugsweise
eine Dicke von 0,1 nm oder mehr.
Bei einer weiteren Ausführungsform weist der magnetische Dünnfilm
einen unterliegenden Film, der aus wenigstens einer Schicht gebildet ist, und einen
auf dem unterliegenden Film gebildeten magnetischen Film auf. Wenigstens eine Schicht,
die von den Schichten, die den unterliegenden Film bilden, in Kontakt mit dem magnetischen
Film steht, besteht vorzugsweise aus einem Verbund aus einer ausgewählten aus
der Gruppe, die aus einem Carbid, einem Oxid, einem Nitrid und einem Borid von wenigstens
einem Element besteht, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Al, Ba, Ca,
Mg, Si, Ti, V, Zn, Ga und Zr besteht.
Gemäß dieser Ausführungsform kann die Reaktion zwischen
dem magnetischen Film und dem unterliegenden Film unterdrückt werden, und es
kann die Form der in einem frühen Stadium des magnetischen Films gewachsenen
Kristallkörner gesteuert werden, so daß die bevorzugte Kristallkornstruktur
des erfindungsgemäßen magnetischen Films, ausgehend von der Umgebung des
in einem frühen Stadium gebildeten Films verwirklicht werden kann. Zusätzlich
kann die innere Spannung gesteuert werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform weist der magnetische Dünnfilm
einen aus mindestens einer Schicht gebildeten unterliegenden Film und einen auf
dem unterliegenden Film gebildeten magnetischen Film auf. Wenigstens eine Schicht,
die von den Schichten, die den unterliegenden Film bilden, in Kontakt mit dem magnetischen
Film steht, besteht vorzugsweise aus wenigstens einer Substanz, die aus der aus
C, Al, Si, Ag, Cu, Cr, Mg, Au, Ga und Zn bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
Gemäß dieser Ausführungsform kann die Form der in einem
frühen Stadium des magnetischen Films gewachsenen Kristallkörner gesteuert
werden, so daß die Kristallkornstruktur des magnetischen Films ausgehend von
der Umgebung des in dem frühen Stadium gebildeten Films verwirklicht werden
kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der magnetische
Dünnfilm einen aus wenigstens einer Schicht gebildeten unterliegenden Film
und einen auf dem unterliegenden Film gebildeten magnetischen Film auf. Der unterliegende
Film weist eine unterliegende Schicht A, die in Kontakt mit dem magnetischen Film
steht, und eine unterliegende Schicht B, die in Kontakt mit dem unterliegenden Film
A steht, auf. Die unterliegende Schicht B besteht vorzugsweise aus wenigstens einer
Substanz, die aus der aus Al, Ba, Ca, Mg, Si, Ti, V, Zn, Ga und Zr bestehenden Gruppe
ausgewählt ist. Die unterliegende Schicht A besteht vorzugsweise aus einem
Verbund aus einer ausgewählten aus der Gruppe, die aus einem Carbid, einem
Oxid, einem Nitrid und einem Borid der die unterliegende Schicht B bildenden Substanz
besteht.
Gemäß dieser Ausführungsform kann die Reaktion zwischen
dem magnetischen Film und dem unterliegenden Film oder dem Substrat unterdrückt
werden, und es kann die Form der in einem frühen Stadium des magnetischen Films
gewachsenen Kristallkörner gesteuert werden, so daß die Kristallkornstruktur
des magnetischen Films ausgehend von der Umgebung des in einem
frühen Stadium gebildeten Films verwirklicht werden kann. Zusätzlich kann
die innere Spannung gesteuert werden.
Bei einer Ausführungsform weist der magnetische Dünnfilm
einen aus wenigstens einer Schicht gebildeten unterliegenden Film und einen auf
dem unterliegenden Film gebildeten magnetischen Film auf. Der unterliegende Film
weist eine unterliegende Schicht A, die in Kontakt mit dem magnetischen Film steht,
und eine unterliegende Schicht B, die in Kontakt mit dem unterliegenden Film A steht,
auf. Die unterliegende Schicht A besteht vorzugsweise aus wenigstens einer Substanz,
die aus der aus Al, Ba, Ca, Mg, Si, Ti, V, Zn, Ga und Zr bestehenden Gruppe ausgewählt
ist. Die unterliegende Schicht B besteht vorzugsweise aus einem Verbund aus einer
ausgewählten aus der Gruppe, die aus einem Carbid, einem Oxid, einem Nitrid
und einem Borid der die unterliegende Schicht A bildenden Substanz besteht.
Gemäß dieser Ausführungsform kann die Reaktion zwischen
dem magnetischen Film und dem unterliegenden Film oder dem Substrat unterdrückt
werden, und es kann die Form der in einem frühen Stadium des magnetischen Films
gewachsenen Kristallkörner gesteuert werden, so daß die bevorzugte Kristallkornstruktur
des magnetischen Films ausgehend von der Umgebung des im frühen Stadium gebildeten
Films verwirklicht werden kann.
Bei einer weiteren Ausführungsform weist der magnetische Dünnfilm
einen aus wenigstens einer Schicht gebildeten unterliegenden Film und einen auf
dem unterliegenden Film gebildeten magnetischen Film auf. Der unterliegende Film
weist eine unterliegende Schicht A, die in Kontakt mit dem magnetischen Film steht,
und eine unterliegende Schicht B, die in Kontakt mit dem unterliegenden Film A steht,
auf. Die unterliegende Schicht A weist vorzugsweise wenigstens ein Element, das
aus in dem magnetischen Film enthaltenen Hauptkomponentenelementen ausgewählt
ist, und wenigstens ein Element, das aus der aus Sauerstoff und Stickstoff bestehenden
Gruppe ausgewählt ist, auf, und sie weist bevorzugt mehr Sauerstoff oder Stickstoff
als der magnetische Film auf. Die unterliegende Schicht B besteht vorzugsweise aus
einem Verbund aus einer ausgewählten aus der Gruppe, die aus einem Carbid,
einem Oxid, einem Nitrid und einem Borid besteht.
Gemäß dieser Ausführungsform kann die Reaktion zwischen
dem magnetischen Film und dem unterliegenden Film oder dem Substrat unterdrückt
werden, und es kann die Form der in einem frühen Stadium des magnetischen Films
gewachsenen Kristallkörner gesteuert werden, so daß die bevorzugte Kristallkornstruktur
des magnetischen Films der vorliegenden Erfindung ausgehend von der Umgebung des
in einem frühen Stadium gebildeten Films verwirklicht werden kann.
Hier bezeichnet "Hauptkomponentenelement" ein Element, das eine Komponente
des magnetischen Films ist und das in einem Anteil enthalten ist, der eine Analyse
ermöglicht. Insbesondere ist das Element in dem magnetischen Film in einem
Anteil von wenigstens 0,5 Atomprozent enthalten.
Bei einer weiteren Ausführungsform weist der magnetische Dünnfilm
einen aus wenigstens einer Schicht gebildeten unterliegenden Film und einen auf
dem unterliegenden Film gebildeten magnetischen Film auf. Der unterliegende Film
weist eine unterliegende Schicht A, die in Kontakt mit dem magnetischen Film steht,
und eine unterliegende Schicht B, die in Kontakt mit dem unterliegenden Film A steht,
auf. Die unterliegende Schicht A weist vorzugsweise wenigstens eine sekundäre
magnetische Schicht und wenigstens eine Trennschicht auf. Die sekundäre magnetische
Schicht und die Trennschicht sind alternierend laminiert. Die unterliegende Schicht
B besteht vorzugsweise aus einem Verbund aus einer ausgewählten aus der Gruppe,
die aus einem Carbid, einem Oxid, einem Nitrid und einem Borid besteht.
Gemäß dieser Ausführungsform sind die Kristallkörner
des früh geformten Films durch die Trennschicht kleiner gemacht, so daß
das Wachstum der Kristallkörner in einem frühen Stadium unterdrückt
wird. Weiterhin unterdrückt die unterliegende Schicht B die Reaktion zwischen
dem magnetischen Film und dem Substrat oder dem unterliegenden Film. Hier kann eine
"Trennschicht" jede beliebige Schicht sein, solange sie ein Metall aufweist, das
eine andere Zusammensetzung als der magnetische Film und der sekundäre magnetische
Film aufweist, und sie kann eine Schicht sein, die aus einer Legierung, einem Carbid,
einem Oxid, einem Nitrid, einem Borid oder dergleichen zusammengesetzt ist.
In dem Fall, in dem der magnetische Dünnfilm eine Trennschicht
aufweist, weist die Trennschicht vorzugsweise mindestens ein Element, das sie mit
dem magnetischen Film gemeinsam hat, und mehr Sauerstoff oder Stickstoff als der
magnetische Film auf. Gemäß dieser Ausführungsform weist die Trennschicht
eine gemeinsame Komponente mit dem magnetischen Film auf, so daß die Diffusion
an der Grenzfläche unterdrückt werden kann, wodurch die Wärmebehandlungswiderstandsfähigkeit
der magnetischen Eigenschaft hoch wird.
Bei einer weiteren Ausführungsform des magnetischen Dünnfilms
erfüllen eine Dicke tM der sekundären magnetischen Schicht
und eine Dicke tS der Trennschicht vorzugsweise die folgenden Ungleichungen:
0,5 nm ≤ tM ≤ 100 nm[7]
0,05 nm ≤ tS ≤ 10 nm[8]
Gemäß dieser Ausführungsform kann das Wachstum der
Kristallkörner in einem frühen Stadium wirksam unterdrückt werden.
Es ist bevorzugt, daß die Gesamtdicke der sekundären magnetischen
Schicht und der Trennschicht 300 nm oder weniger beträgt. Wenn die Dicke tM
kleiner als 0,5 nm oder größer als 100 nm ist, ist die magnetische Eigenschaft
des laminierten unterliegenden Films beeinträchtigt. Wenn die Dicke tM
kleiner als 30 nm ist, nimmt die innere Spannung in der Umgebung des früh gebildeten
Films ab, wodurch die Spannung zwischen dem Substrat und dem magnetischen Dünnfilm
verringert werden kann. Wenn die Dicke der Trennschicht andererseits kleiner als
0,05 nm ist, läßt sich die vorteilhafte Wirkung schwer erreichen. Eine
Dicke von mehr als 10 nm ist auch nicht vorteilhaft, weil die magnetische Kopplung
zwischen dem unterliegenden Film und dem magnetischen Hauptfilm abgeschwächt
wird.
Bei einer weiteren Ausführungsform weist der magnetische Dünnfilm
ein Substrat, einen auf wenigstens einer auf dem Substrat gebildeten Schicht gebildeten
unterliegenden Film und einen auf dem unterliegenden Film gebildeten magnetischen
Film auf. Unter den unterliegenden Filmen ist wenigstens eine Schicht in Kontakt
mit dem Substrat vorzugsweise eine magnetische Schicht mit Feinstruktur, die einen
magnetischen, amorphen Körper oder magnetische Kristallkörner aufweist,
deren durchschnittlicher Korndurchmesser d die folgende Ungleichung als eine Mutterphase
erfüllt:
d ≤ 20 nm[9]
Ein durch Sputtern gebildetes Dünnfilmmaterial hat im allgemeinen
unmittelbar nach der Bildung des Films eine innere Spannung, und ein Abschälen
des Films oder ein Brechen des Substrats tritt abhängig vom Wert der inneren
Spannung, der Haftfestigkeit zwischen dem Substrat und dem Film, der Dicke des Films,
der Bruchfestigkeit des Substrats und dergleichen auf. Die Hauptursache besteht
in der inneren Spannung des Films. Die Bedingungen zum Erhalten eines Films mit
einer hohen Leistungsfähigkeit sind jedoch gewöhnlich von denen zum weitestgehenden
Verringern der inneren Spannung verschieden. Die Erfinder haben verschiedene Forschungen
ausgeführt, um die Bedingungen zu erhalten, die es ermöglichen, daß
durch die innere Spannung ein geringeres Abschälen eines Films und ein vermindertes
Brechen des Substrats hervorgerufen werden. Die Erfinder haben daher den folgenden
Mechanismus vorgeschlagen und ihn überprüft bzw. verifiziert, bis sie
die vorstehend erörterten Aspekte der Erfindung entdeckt haben.
Wenngleich mit anderen Worten die Rauhigkeit einer Oberfläche
eines Substrats, auf dem ein Film zu bilden ist, im Bereich zwischen einigen nm
und mehreren hundert nm (beispielsweise zwischen 3 nm und 800 nm) liegt, verbleiben
tatsächlich andere durch das Polieren markierte Spuren mit scharfen Kanten
in der atomaren Größenordnung auf der Oberfläche des Substrats. Im
allgemeinen wird in dem Fall, in dem ein Film durch Sputtern auf einem Substrat
gebildet wird, in einem frühen Stadium der Filmbildung eine Inselstruktur auf
dem Substrat erzeugt, und es ist in dem Spalt zwischen den inselartigen Kristallen
eine Rille vorhanden, wie vorstehend beschrieben wurde. Einer der Faktoren, der
das Abschälen eines Films bewirkt, ist das Vorhandensein eines durch einen
solchen Rillenabschnitt gebildeten Spalts an der Grenzfläche zwischen der Oberfläche
des Substrats und dem Film. In dem Fall, in dem der Film eine innere Spannung aufweist,
konzentriert sich die innere Spannung in der Rille, und es ist demgemäß
wahrscheinlich, daß ein Brechen des Substrats ausgehend von der scharfkantigen
Rille auftritt. Daher besteht eine Lösung darin, die Rillen von der Oberfläche
des Substrats zu entfernen. Eine weitere Lösung besteht darin, die scharfkantigen
Rillen aufzufüllen.
In Hinblick auf die vorstehend beschriebenen Punkte können das
Abschälen des Films und das Brechen des Substrats durch die Verwendung eines
magnetischen, amorphen Körpers als eine Mutterphase oder durch Bilden einer
unterliegenden Schicht, die kleine Kristallkörner mit einem durchschnittlichen
Durchmesser von 20 nm oder weniger unter dem Dünnfilm aufweist, unterdrückt
werden. Wenn der durchschnittliche Korndurchmesser größer als 20 nm ist,
verschwindet dieser Effekt allmählich, wenn er größer wird.
Wie vorstehend beschrieben wurde, sind das Abschälen eines Films
und das Brechen des Substrats Probleme, die bei Dünnfilmmaterialien üblich
sind. Es ist erforderlich, daß ein magnetisches Material nach der Bildung
eines Films einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur unterzogen wird, die
um mehrere hundert Grad höher liegt als eine Temperatur zum Bilden des Films,
und daß die innere Spannung unter Einschluß der Wärmespannung des
Substrats und des Films im erwärmten Zustand auf etwa Null verringert wird.
Das Aufheben der inneren Spannung des Films durch die Wärmebehandlung führt
zu einem erheblichen Unterschied in der inneren Spannung des Films unmittelbar nach
der Filmbildung und nach der Wärmebehandlung. Daher ist es insbesondere bei
dem magnetischen Dünnfilmmaterial unter Dünnfilmmaterialien wahrscheinlich,
daß das Abschälen eines Films oder das Brechen eines Substrats auftritt,
selbst wenn die Filmdicke lediglich einige &mgr;m beträgt. Daher ist die
Bildung der unterliegenden Schicht, die kleinere Kristallkörner im Bereich
der vorliegenden Erfindung aufweist, sehr wichtig und wirkungsvoll.
Wenn die zwischen dem Ferrit und einem magnetischen Film gebildete
Feinstrukturschicht weiterhin nichtmagnetisch ist, wird, insbesondere für einen
MIG-Kopf, ein Pseudo-Spalt gebildet. Daher wird die Feinstrukturschicht vorzugsweise
aus einem magnetischen Material gebildet.
Bei einer weiteren Ausführungsform erfüllen eine Dicke der
magnetischen Feinstrukturschicht tr und die Dicke des magnetischen Films
tf vorzugsweise die folgende Ungleichung:
10 nm < tr < tf/3[10]
Wenn die Dicke der magnetischen Feinstrukturschicht 10 nm oder weniger
beträgt, kann das Brechen des Substrats nicht ausreichend unterdrückt
werden. Dies wird angenommen, weil die Rauhigkeit an der Oberfläche des Substrats
nicht ausreichend ausgefüllt werden kann. Weiterhin können die Eigenschaften
des magnetischen Hauptfilms kaum ausreichend wirksam sein, wenn die Dicke der magnetischen
Feinstrukturschicht etwa 1/3 oder mehr derjenigen des magnetischen Films beträgt.
Die maximale Dicke der magnetischen Feinstrukturschicht tr beträgt
vorzugsweise etwa 300 nm, und diese Dicke kann leicht gleichzeitig die Unterdrückung
des Brechens des Substrats und die magnetische Eigenschaft bereitstellen.
Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen
magnetischen Dünnfilms weist die Feinstrukturschicht vorzugsweise wenigstens
ein mit dem magnetischen Film gemeinsames Element auf.
Gemäß dieser Ausführungsform haben die magnetische
Feinstrukturschicht und der magnetische Film ein gemeinsames Element, so daß
die elektrochemischen Potentiale der magnetischen Feinstrukturschicht und des magnetischen
Films nahe beieinander liegen, wodurch eine Korrosion durch die Wirkung lokaler
Zellen zwischen den Filmen verschiedener Typen unterdrückt wird. Zusätzlich
unterdrückt in dem Fall, in dem die magnetische Feinstrukturschicht und der
magnetische Film nacheinander gebildet werden, eine geeignete wechselseitige Diffusion
der jeweiligen Filme das Abschälen zwischen den Filmen verschiedener Typen.
Bei einer weiteren Ausführungsform des magnetischen Dünnfilms
umfaßt das gemeinsame Element vorzugsweise ein Element mit einer niedrigsten
freien Energie für die Bildung eines Oxids und/oder eines Nitrids unter den
in der magnetischen Feinstrukturschicht oder in dem magnetischen Film enthaltenen
Elementen.
Gemäß dieser Ausführungsform ist die Korrosion zwischen
der magnetischen Feinstrukturschicht und dem magnetischen Film weiter unterdrückt.
Weiterhin kann gemäß einer bevorzugteren Ausführungsform, bei der
die magnetische Feinstrukturschicht und der magnetische Film nacheinander gebildet
werden, die Bildung einer hinsichtlich des Magnetismus beeinträchtigten Schicht,
die durch eine übermäßige wechselseitige Diffusion zwischen den Schichten
hervorgerufen wird, unterdrückt werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform des magnetischen Dünnfilms
ist das gemeinsame Element vorzugsweise wenigstens ein Element, das aus der aus
Sauerstoff, Stickstoff, Kohlenstoff und Bor bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
Durch das Hinzufügen dieser Elemente können leicht die bevorzugten Strukturen
der Kristallkörner des magnetischen Films und der magnetischen Feinstrukturschicht
verwirklicht werden.
Bei einer weiteren Anordnung weist die magnetische Feinstrukturschicht
vorzugsweise wenigstens ein Element auf, das aus der aus Elementen der Gruppe IIIb,
IVb und Vb bestehenden Gruppe ausgewählt ist. Die Elemente, die zur Gruppe
IIIb, zur Gruppe IVb und zur Gruppe Vb gehören, haben niedrigere freie Energien
für die Bildung eines Oxids oder eines Nitrids als Fe, und sie weisen demgemäß
eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit auf. Es ist leicht zu ermöglichen,
daß Co und Fe kleinere Kristallkörner aufweisen, indem die hinzugefügte
Menge dieser Elemente gesteuert wird, und es kann demgemäß die magnetische
Feinstrukturschicht leicht gebildet werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der magnetische
Dünnfilm einen aus wenigstens einer Schicht gebildeten unterliegenden Film
und einen auf dem unterliegenden Film gebildeten magnetischen Film auf. Der unterliegende
Film weist eine unterliegende Schicht A, die in Kontakt mit dem magnetischen Film
steht, und eine unterliegende Schicht B, die in Kontakt mit der unterliegenden Schicht
A steht, auf. Eine Konzentration C1 (Atomprozent) einer Elementgruppe,
die aus Sauerstoff, Stickstoff, Kohlenstoff und Bor in dem magnetischen Film besteht,
eine Konzentration C2 (Atomprozent) einer Elementgruppe, die aus Sauerstoff,
Stickstoff, Kohlenstoff und Bor in der unterliegenden Schicht A besteht, und eine
Konzentration C3 (Atomprozent) einer Elementgruppe, die aus Sauerstoff,
Stickstoff, Kohlenstoff und Bor in der unterliegenden Schicht B besteht, erfüllen
vorzugsweise die folgende Ungleichung:
0 ≤ C1 ≤ C3 < C2[11]
Gemäß dieser Ausführungsform dient wenigstens eine
der unterliegenden Schichten A und B als die magnetische Feinstrukturschicht. Insbesondere
wirkt die unterliegende Schicht B, die näher am Substrat liegt, vorherrschend
auf diese Weise. Die unterliegende Schicht A, die in Kontakt mit dem magnetischen
Film steht, enthält einen großen Anteil von wenigstens einem Element,
das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Sauerstoff, Stickstoff, Kohlenstoff
und Bor besteht, und sie weist kleinere Kristallkörner auf, so daß die
unterliegende Schicht A nicht nur als die magnetische Feinstrukturschicht wirkt,
sondern auch die Wirkung des Unterdrückens des Wachstums von Kristallkörnern
in einem frühen Stadium des magnetischen Films bereitstellt, wodurch die magnetische
Eigenschaft des magnetischen Dünnfilms insgesamt verbessert wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der magnetische
Dünnfilm einen aus wenigstens einer Schicht gebildeten unterliegenden Film
und einen auf dem unterliegenden Film gebildeten magnetischen Film auf. Der unterliegende
Film weist eine unterliegende Schicht A, die in Kontakt mit dem magnetischen Film
steht, und eine unterliegende Schicht B, die in Kontakt mit der unterliegenden Schicht
A steht, auf. Eine Konzentration C1 (Atomprozent) einer Elementgruppe,
die aus Sauerstoff, Stickstoff, Kohlenstoff und Bor in dem magnetischen Film besteht,
eine Konzentration C2 (Atomprozent) einer Elementgruppe, die aus Sauerstoff,
Stickstoff, Kohlenstoff und Bor in der unterliegenden Schicht A besteht, und eine
Konzentration C3 (Atomprozent) einer Elementgruppe, die aus Sauerstoff,
Stickstoff, Kohlenstoff und Bor in der unterliegenden Schicht B besteht, erfüllen
vorzugsweise die folgende Ungleichung:
0 ≤ C1 ≤ C2 ≤ C3[12]
Gemäß dieser Ausführungsform dient wenigstens eine
der unterliegenden Schichten A und B als die magnetische Feinstrukturschicht. Insbesondere
wirkt die unterliegende Schicht B, die näher an dem Substrat liegt, vorherrschend
auf diese Weise. Die unterliegende Schicht A, die in Kontakt mit dem magnetischen
Film steht, enthält einen größeren Anteil von wenigstens einem Element,
das aus der aus Sauerstoff, Stickstoff, Kohlenstoff und Bor bestehenden Gruppe ausgewählt
ist, so daß die unterliegende Schicht A das Wachstum von Kristallkörnern,
die leicht übermäßig wachsen, in einem frühen Stadium des magnetischen
Films unterdrückt, wodurch die magnetische Eigenschaft des magnetischen Dünnfilms
insgesamt verbessert wird.
Bei einer weiteren Ausführungsform des magnetischen Dünnfilms
ist es bevorzugt, daß die Elementgruppenkonzentrationen C1 und C3
voneinander verschieden sind und daß sich die Elementgruppenkonzentration C2
in Dickenrichtung im wesentlichen kontinuierlich ändert, um die Konzentrationsdifferenz
an der Grenzfläche zwischen den Schichten zu verringern.
Gemäß dieser Ausführungsform ändert sich der Anteil
von wenigstens einem Element, das aus der aus Sauerstoff, Stickstoff, Kohlenstoff
und Bor bestehenden Gruppe ausgewählt ist, in der unterliegenden Schicht A
kontinuierlich, so daß die Bildung einer hinsichtlich des Magnetismus beeinträchtigten
Schicht durch eine übermäßige wechselseitige Diffusion zwischen den
Schichten unterdrückt werden kann. Weil die Form und die Größe der
Kristallkörner weiterhin kontinuierlich geändert werden, ist die magnetische
Kontinuität von der unterliegenden Schicht B zum magnetischen Film verbessert,
wodurch die weichmagnetische Eigenschaft verbessert ist.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist der magnetische Dünnfilm
vorzugsweise auf einem Substrat gebildet, das Konvexitäten und/oder Konkavitäten
aufweist.
In manchen Fällen, beispielsweise bei einem Prozeß zum Herstellen
eines MIG-Kopfs, ist ein Film in einer Richtung parallel zu einem Substrat auf dem
Substrat, das vertikal zum Substrat Konvexitäten und Konkavitäten von
mehreren &mgr;m bis mehreren mm (beispielsweise 1 &mgr;m bis 3 mm) aufweist,
in einem Intervall von mehreren &mgr;m bis mehreren hundert
&mgr;m (beispielsweise 5 &mgr;m bis 500 &mgr;m) zu bilden. Weil in diesem
Fall die Fläche, an der der Film haftet, je Volumeneinheit des Substrats zunimmt,
nimmt die Gesamtspannung des Films in der Nähe des Substrats zu. Folglich nimmt
die Wahrscheinlichkeit des Abschälens des Films und des Brechens des Substrats
zu. In dem Fall, in dem das Substrat Konvexitäten und Konkavitäten aufweist,
unterdrückt daher die Bildung der eine Feinstruktur aufweisenden unterliegenden
Schicht das Abschälen des Films und das Reißen des Substrats.
Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
wird der magnetische Dünnfilm vorzugsweise auf einem Substrat mit einem hohen
Widerstand oder einem Material mit einem hohen Widerstand gebildet.
Wenn der spezifische Widerstand des Substrats oder des Materials etwa
einige zehn &mgr;&OHgr;cm oder weniger beträgt, wird zwischen dem Substrat
und dem magnetischen Film, der unterliegenden Schicht oder dem magnetischen Dünnfilm
eine lokale Zelle gebildet, so daß es wahrscheinlich ist, daß eine Korrosion
auftritt. Der spezifische Widerstand des Substrats, auf dem die unterliegende Schicht
oder der magnetische Film gebildet ist, oder des Materials, mit dem die unterliegende
Schicht oder der magnetische Film gebildet ist, beträgt vorzugsweise einige
hundert &mgr;&OHgr;cm oder mehr (beispielsweise 200 &mgr;&OHgr;cm oder mehr).
Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
wird der magnetische Dünnfilm vorzugsweise auf einem mit einer Sperrschicht
versehenen Substrat gebildet. Die Sperrschicht besteht aus einem Oxid oder einem
Nitrid von wenigstens einem Element, das aus der aus Al, Si, Cr und Zr bestehenden
Gruppe ausgewählt ist, und hat eine Dicke du, die die folgende Ungleichung
erfüllt:
0,5 nm < du < 10 nm[13]
Ein Oxid oder ein Nitrid von wenigstens einem Element, das aus der
aus Al, Si, Cr und Zr, die einen hohen Widerstand aufweisen, bestehenden Gruppe
ausgewählt ist, wird auf einem Substrat gebildet, so daß selbst dann,
wenn das Substrat einen hohen spezifischen Widerstand aufweist, die Korrosion infolge
der lokalen Zelle zwischen dem Substrat und dem unterliegenden Film oder dem magnetischen
Film unterdrückt wird. Zusätzlich kann während einer Wärmebehandlung
die Diffusionsreaktion zwischen dem Substrat und dem unterliegenden Film oder dem
magnetischen Film unterdrückt werden. Eine Dicke des Sperrfilms von mehr als
0,5 nm liefert die erwähnte vorteilhafte Wirkung, eine Dicke von 10 nm oder
mehr ist jedoch nicht bevorzugt, weil dadurch ein Pseudo-Spalt hervorgerufen wird,
beispielsweise dann, wenn daraus ein MIG-Kopf gebildet wird.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst
ein magnetischer Dünnfilm einen Magnetfilm mit einer Zusammensetzung, welche
durch (MaX1
bZ1
c)100-d Ad ausgedrückt wird, wobei M mindestens
ein magnetisches metallisches Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus
Fe, Co und Ni ist, X1 mindestens ein Element ausgewählt aus der
Gruppe bestehend aus Si, Al, Ga und Ge ist, Z1 mindestens ein Element
ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus den Elementen der Gruppe IVb, Gruppe
Vb und Cr ist, A mindestens ein Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend
aus O und N ist, und a, b, c und d Werte sind, die die folgenden Ungleichungen erfüllen:
0,001 ≤ b ≤ 0,26
0, 001 ≤ c ≤ 0, 05
a + b + c = 1
1 ≤ d ≤ 10
Vorzugsweise setzt sich M in der Hauptsache aus Fe zusammen. Im allgemeinen
existiert X1 teilweise aus Kristallen in der Form einer festen Lösung,
um so den Korrosionswiderstand zu verbessern, und steuert die Form der Kristallkörner
in einem Diffusionsprozess innerhalb der Kristalle und weiter in einem Prozess einer
Reaktion mit A. Wenn die an X1 hinzugefügte Menge 26 at.% (Atomprozent)
übersteigt, wird die Sättigungsmagnetflussdichte zu niedrig. Auf der anderen
Seite ist eine Menge kleiner als 0,1 at.% nicht wirksam. Weiterhin dient Z1,
um eine positive Magnetostriktion zu machen, und verbessert die Korrosionsbeständigkeit
und steuert zusammen mit dem Element X1 die Form der Kristallkörner.
Obwohl eine Menge Z1 von 0,1 at.% oder mehr für einen vorteilhaften
Effekt sorgt, senkt eine Menge von mehr als 5 at.% nicht nur die Sättigungsmagnetflussdichte,
sondern erlaubt einem amorphen Zustand auch unmittelbar nach der Filmbildung, bspw.
im Falle, dass der Film durch Sputtern gebildet ist, zu überwiegen. Dies macht
es schwierig, die bevorzugte Kristallkornstruktur der vorliegenden Erfindung zu
bilden. Obwohl die Elemente X1 und Z1 im wesentlichen ähnliche
Funktionen in bezug auf die Korrosionsbeständigkeit und die Steuerung der Kristallkornform
haben, haben sie unterschiedliche Diffusionsraten, unterschiedliche freie Energien
zur Bildung eines Oxid oder eines Nitrids und unterschiedliche
Größen der kritischen Kerne für Reaktionsprodukte. Demnach arbeitet
ein Reaktionsprozess, der eine Vielzahl von Zwischenreaktionen umfasst, bspw. in
dem Fall, dass der magnetische Dünnfilm der vorliegenden Erfindung durch Sputtern
gebildet ist, über eine Periode von unmittelbar nach der Filmbildung bis zu
einer Wärmebehandlung. Der magnetische Dünnfilm der vorliegenden Erfindung
hat eine höhere Wärmebehandlungsstabilität als ein magnetischer Dünnfilm,
dessen Bildungsprozess einen einzigen Reaktionsprozess umfasst, selbst wenn die
Menge der zugesetzten Elemente klein ist. Ferner bildet A in dem Bereich zwischen
1 at.% und 10 at.% die bevorzugte Kristallkornstruktur der vorliegenden Erfindung.
Eine Menge mehr als 10 at.% bewirkt jedoch das Vorherrrschen eines amorphen Zustands
unmittelbar nach der Filmbildung, die Herabsetzung der Korrosionsbeständigkeit
aufgrund der Reaktion mit einer bevorzugten Menge von Elementen X1 und
Z1, die in den Kristallkörner in der Form einer festen Lösung
existieren, die Herabsetzung der magnetischen Eigenschaft und ferner die Herabsetzung
der weichmagnetischen Eigenschaft aufgrund einer Zunahme der Menge des Elements
A, das in den Kristallkörnern in der Form einer festen Lösung existiert.
Vorzugsweise ist dieser magnetische Film in geeigneter Weise kombiniert
mit einer unterliegenden Schicht, einer Grenzschicht oder eines Substrats, um einen
magnetischen Dünnfilm zu bilden.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst
ein magnetischer Dünnfilm einen magnetischen Dünnfilm mit einer Zusammensetzung
ausgedrückt durch (MaX2
bZ2
c)100-dAd, wobei M mindestens ein magnetisches Metallelement
ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Fe, Co und Ni ist, X2 mindestens
ein Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Si und Ge ist, Z2
mindestens ein Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus den Elementen
der Gruppe IVb, der Gruppe Vb, Al, Ga und Cr ist, A mindestens ein Element aus der
Gruppe bestehend aus O und N ist, und a, b, c und d Werte sind, die den folgenden
Ungleichungen genügen:
0,001 ≤ b ≤ 0,23
0,001 ≤ c ≤ 0,08
a + b + c = 1
1 ≤ d ≤ 10
Vorzugsweise besteht M in der Hauptsache aus Fe. Im allgemeinen existiert
X2 teilweise aus Kristallen in der Form einer festen Lösung und
dient dazu, eine Magnetostriktion anzupassen, um positiv oder negativ zu sein. Zusätzlich
reduziert X2 nicht nur die magnetische Kristallanisotopie der magnetischen
Kristalle, sondern verbessert auch die Korrosionsbeständigkeit und steuert
die Form der Kristallkörner in einem Diffusionsprozess in den Kristallen und
ferner in einem Prozess einer Reaktion mit A. Wenn der Betrag von X2,
der zugesetzt ist, 23 at.% überschreitet, wird die Sättigungsmagnetflussdichte
zu niedrig. Auf der anderen Seite ist ein Betrag kleiner als 0,1 at.% nicht effektiv.
Ferner dient Z2 dazu, eine positive Magnetostriktion zu schaffen und
verbessert die Korrosionsbeständigkeit und steuert die Form der Kristallkörner
zusammen mit dem Element X2. Auch wenn eine Menge von Z2 von
0,1 at.% oder mehr einen vorteilhaften Effekt darstellt, setzt eine Menge größer
als 8 at.% nicht nur die Sättigungsmagnetflussdichte herab, sondern erlaubt
es einem amorphen Zustand, unmittelbar nach der Filmbildung vorzuherrschen, bspw.
in dem Fall, dass der Film durch Sputtern gebildet ist. Dies macht es schwierig,
die bevorzugte Kristallkornstruktur der vorliegenden Erfindung zu bilden. Auch wenn
die Elemente X2 und Z2 im wesentlichen dieselben Funktionen
in bezug auf Korrosionsbeständigkeit und der Kontrolle der Kristallkornform
haben, haben sie unterschiedliche Diffusionsraten, unterschiedliche freie Energien
zu der Bildung eines Oxid oder eines Nitrids, und unterschiedliche Größen
der kritischen Kerne für Reaktionsprodukte. Demnach arbeitet ein Reaktionsprozess,
der eine Vielzahl von Zwischenreaktionen umfasst, bspw. in dem Fall, dass der magnetische
Dünnfilm der vorliegenden Erfindung durch Sputtern gebildet ist, über
eine Periode von unmittelbar nach der Filmbildung bis zu einer Wärmebehandlung.
Der magnetische Dünnfilm der vorliegenden Erfindung hat eine höhere Wärmebehandlungsstabilität
als ein magnetischer Dünnfilm, dessen Bildungsprozess einen einzigen Reaktionsprozess
umfasst, selbst wenn die Menge der zugesetzten Elemente klein ist. Ferner bildet
A in dem Bereich zwischen 1 at.% und 10 at.% die bevorzugte Kristallkornstruktur
der vorliegenden Erfindung. Jedoch bewirkt eine Menge größer als 10 at.%
das Vorherrschen eines amorphen Zustands unmittelbar nach der Filmbildung, das Herabsetzen
der Korrosionsbeständigkeit aufgrund der Reaktion mit einer bevorzugten Menge
der Elemente X2 und Z2, die in den Kristallkörner in
der Form einer festen Lösung existieren, die Herabsetzung der magnetischen
Eigenschaft, und ferner die Herabsetzung der weichmagnetischen Eigenschaft aufgrund
eines Anstiegs der Menge des Elements A, das in den Kristallkörnern in der
Form einer festen Lösung existiert. Vorzugsweise ist dieser magnetische Film
geeignet kombiniert mit einer unterliegenden Schicht, einer Grenzschicht oder eines
Substrats, um einen magnetischen Dünnfilm zu bilden.
Diese und andere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden Fachleuten
beim Lesen und Verstehen der folgenden detaillierten Beschreibung anhand der anliegenden
Figuren offensichtlich werden.
1 zeigt eine schematische Ansicht in Wachstumsrichtung
eines magnetischen Films mit verzweigten Kristallkörnern (ein unterliegender
Film und ein Substrat sind nicht dargestellt).
2 zeigt eine schematische Ansicht in Wachstumsrichtung
eines magnetischen Films mit säulenartigen oder nadelartigen Kristallkörnern
(ein unterliegender Film und ein Substrat sind nicht dargestellt).
3 zeigt eine schematische Ansicht eines magnetischen
Films, worin die Änderungen der Filmstruktur in Abhängigkeit von der Kristallgröße
dargestellt sind.
Ein magnetischer Dünnfilm mit der Struktur und der Zusammensetzung
der vorliegenden Erfindung kann in einer Atmosphäre mit einem niedrigen Gasdruck
durch Sputtern, typischerweise durch Hochfrequenz-Magnetron-Sputtern, Gleichstrom-Sputtern,
Sputtern mit entgegengesetztem Target, Ionenstrahl-Sputtern und ECR-Sputtern (Elektronenzyklotronresonanz-Sputtern),
gebildet werden. Insbesondere wird ein Film auf einem Substrat durch die folgenden
Verfahren gebildet: ein Legierungs-Target, dessen Zusammensetzung in Hinblick auf
einen Unterschied gegenüber der Zusammensetzung des magnetischen Films gemäß
der vorliegenden Erfindung bestimmt wird, wird in einem Inertgas gesputtert, Element-Pellets,
die hinzuzufügen sind, werden auf ein Metall-Target gegeben und gleichzeitig
gesputtert, oder es wird ein Anteil eines Zusatzstoffs in Gasform in eine Vorrichtung
eingeführt, und es wird ein reaktives Sputtern ausgeführt. Bei diesem
Herstellungsprozeß können die Struktur und der Wärmeausdehnungskoeffizient
des magnetischen Dünnfilms und die durch die Positionen des Substrats und des
Targets bestimmten Eigenschaften des Films durch Ändern des Entladungsgasdrucks,
der elektrischen Leistung der Entladung, der Temperatur des Substrats, des Vorspannungszustands
des Substrats, der Magnetfeldwerte auf dem Target und in der Nähe des Substrats,
der Form des Targets, der Richtung der in das Substrat eingebrachten Teilchen und
dergleichen gesteuert werden.
Weiterhin kann ein magnetischer Dünnfilm durch Aufdampfen, typischerweise
durch Wärmeaufdampfen, Ionenbeschichten, Cluster-Ionenstrahlaufdampfen, reaktives
Aufdampfen, EB-Aufdampfen (Elektronenstrahlaufdampfen), MBE (Molekularstrahlepitaxie)
oder eine Super-Quentsch-Technik gebildet werden.
Hinsichtlich eines zu verwendenden Substrats wird in dem Fall, in
dem der magnetische Dünnfilm gemäß der vorliegenden Erfindung zu
einem MIG-Kopf geformt wird, vorzugsweise ein Ferritsubstrat verwendet. In dem Fall,
in dem er zu einem LAM-Kopf geformt wird, wird vorzugsweise ein nichtmagnetisches
isolierendes Substrat verwendet. In beiden Fällen kann ein unterliegender Film
oder eine Sperrschicht zuvor auf dem Substrat gebildet werden, um die Reaktion zwischen
dem Substrat und dem magnetischen Film zu verhindern oder den Kristallzustand zu
steuern.
In dem Fall, daß der magnetische Film als ein Magnetkopf verwendet
wird, wird die Kopfverarbeitung ausgeführt, um die beabsichtigte Form des Magnetkopfs
zu erhalten. Die magnetische Eigenschaft des magnetischen Films wird gemessen, nachdem
er einer Wärmebehandlung der Kopfverarbeitung unterzogen wird. Alle magnetischen
Filme, die die in den folgenden Beispielen beschriebene Zusammensetzung aufweisen,
weisen unmittelbar nach der Bildung des Films durch Steuern des Filmbildungsprozeßes
die weichmagnetische Eigenschaft auf, und der magnetische Dünnfilm gemäß
der vorliegenden Erfindung kann demgemäß für einen Dünnfilmkopf
verwendet werden, der einen Niedertemperatur-Herstellungsprozeß benötigt.
Beispiele
In den nachstehend beschriebenen Beispielen wurde die Struktur des
Films durch Röntgenbeugung (XRD), ein Transmissionselektronenmikroskop (TEM)
und ein hochauflösendes Rasterelektronenmikroskop (HR-SEM) analysiert. Ein
in den Beispielen beschriebenes "magnetisches Kristallkorn" bezeichnet einen zusammenhängenden
Kristallbereich, von dem kristallographisch anhand des Vergleichs eines hellen Bilds
und eines dunklen Bilds des TEMs angenommen wird, daß er eine im wesentlichen
gleichmäßige Kristallorientierung aufweist. Die Analyse der Zusammensetzung
wird durch EPMA (Elektronensonden-Mikroanalyse) und RBS (Rutherford-Rückstreuung)
vorgenommen. Insbesondere wird die Analyse der Zusammensetzung in einem Mikrobereich
durch EDS (Energiedispersionsspektroskopie) in Zusammenhang mit dem TEM vorgenommen,
wird die Koerzitivkraft durch eine BH-Schleifen-Verfolgungseinrichtung ausgewertet,
wird die magnetische Sättigungsflußdichte durch VSM (Schwingungsproben-Magnetometrie)
ausgewertet und wird die Korrosionsbeständigkeit nach einem Salzsprühtest
eines Umgebungstests von JIS (japanische Industrienorm) 00024 oder durch Eintauchen
einer Probe in reines Wasser ausgewertet.
Nachstehend wird die vorliegende Erfindung anhand von Beispielen detailliert
beschrieben.
Beispiel 1
In Beispiel 1 wurden Zusammensetzungen und Filmstrukturen in der Art
einer Kristallform bei einem durch HF-Magnetron-Sputtern unter verschiedenen Sputter-Bedingungen,
wie Entladungsgasdruck und Substrattemperaturen, mit verschiedenen hinzugefügten
Elementen bei unterschiedlichen Reaktanten-Gasflußraten gebildeten magnetischen
Film untersucht. Die Ergebnisse sind in den Tabellen 1 bis 3 dargestellt. Wie in
einer durch ein TEM aufgenommenen schematischen Schnittansicht in 2
dargestellt ist, hatte der Querschnitt des Films eine Struktur, bei der näherungsweise
nadelförmige oder säulenförmige magnetische Kristallkörner im
wesentlichen senkrecht zu der Oberfläche eines Substrats aufgewachsen waren.
Die Kristallform wurde in Hinblick auf eine durchschnittliche Größe
dL in Längsrichtung des Kristallkorns und eine durchschnittliche Größe
dS in einer kurzen Richtung des Kristallkorns beurteilt. Die Größe in
Längsrichtung wurde durch Betrachten eines herausgebrochenen Abschnitts parallel
zum Kornwachstum des Films durch ein SEM oder durch Betrachten durch ein TEM nach
dem Ionenätzen einer polierten Fläche geschätzt. Weil es schwierig
ist, einen Querschnitt des Films vollkommen parallel zu der Kornwachstumsrichtung
zu betrachten, könnte die tatsächliche Größe dL die in der Tabelle
dargestellten Werte übertreffen. Es werden jedoch durch die Betrachtung eines
Abschnitts des Films im wesentlichen parallel zu der Kornwachstumsrichtung erhaltene
Werte zum Erhalten der durchschnittlichen Größe dL verwendet. Ein Durchschnittswert
einer Gruppe von Kristallkörnern mit der größten Breite in dem Bereich,
in dem der Querschnitt betrachtet wird, wird in Hinblick auf die Form des Kristallkorns
und die Schwierigkeit des Betrachtens eines vollkommen parallelen Querschnitts wie
im Fall der Größe dL als der Durchschnitt der Größe dS in der
kurzen Richtung gewählt.
Die Filmdicken der folgenden Proben betrugen 3 &mgr;m, und die magnetische
Eigenschaft wurde nach einer Wärmebehandlung unter einem Vakuum bei 520°C
erhalten.
Die Filmbildungsbedingungen in Beispiel 1 sind die folgenden:
Bedingungen für Beispiele und Vergleichsbeispiele aa bis az, ba bis
bz
- Substrat: nichtmagnetisches Keramiksubstrat
- Substrattemperatur: Zimmertemperatur
- Magnetisches Film-Target: ein komplexes Target, bei dem ein Element oder ein
Verbund-Chip auf einem Fe-Target angeordnet ist
- Target-Größe: 3 Zoll (7,62 cm)
- Entladungsgasdruck: 1 bis 4 mTorr (0,133–0,532 Pa)
- Haupt-Sputter-Gas: Ar
- Stickstoff-Flußverhältnis: 2 bis 4%
- Sauerstoff-Flußverhältnis: 0,5 bis 2%
- Entladungsleistung: 400 W
Experimente für Vergleichsbeispiele werden durch Ändern
der Bedingungen für das vorstehende Beispiel zu den folgenden Bedingungen vorgenommen.
Bedingungen für die Vergleichsbeispiele ca bis cc
- Substrattemperatur: von Zimmertemperatur bis 300°C
Bedingungen für die Vergleichsbeispiele cd bis cf
- Entladungsgasdruck: von 1 bis 4 mTorr (0,133–0,532 Pa) bis 8 bis 12 mTorr
(1,064–1,596 Pa)
Bedingungen für die Vergleichsbeispiele cg bis ch
- Stickstoff-Flußverhältnis: von 2 bis 4% bis 5 bis 7%
- Sauerstoff-Flußverhältnis: von 0,5 bis 2% bis 2 bis 7%
In dem Fall, in dem O und N in den vorstehenden Beispielen teilweise
oder vollständig durch B und C ersetzt wurden, ergab sich für die magnetische
Eigenschaft und die Kristallstruktur im wesentlichen die gleiche Korrelation wie
vorstehend erwähnt.
Weiterhin waren bei den Proben in Beispiel 1 alle Kristallorientierungen
benachbarter magnetischer Kristallkörner in der in einer Ebene liegenden Richtung
zufällig.
Wenn der magnetische Film aus Beispiel 1 weiterhin durch Gleichstrom-Magnetron-Sputtern
erzeugt wurde, ergaben sich durch Ändern des Entladungsgasdrucks auf 0,5 bis
2 mTorr (0,067–0,266 Pa) und der Leistung auf 100 W im wesentlichen die gleiche
Zusammensetzung und Kristallstruktur wie vorstehend angegeben. Überdies wurde
bestätigt, daß der magnetische Film unmittelbar nach seiner Herstellung
eine ausgezeichnete weichmagnetische Eigenschaft aufwies.
Wenn die Filmstruktur auf einer Fläche parallel zu der Oberfläche
des Substrats für alle Proben aus den vorstehenden Beispielen betrachtet wurde,
wurde bestätigt, daß der magnetische Film transformierte Kreise, transformierte
Ellipsen oder Kombinationen dieser Formen aufwies und daß die durchschnittliche
Oberfläche Sa und das durchschnittliche Volumen Va des magnetischen Kristallkorns
die Beziehung Sa > 4,84 Va2/3 ausreichend erfüllten.
Wenn die Proben aus den Beispielen und den Vergleichsbeispielen 6
Stunden lang in reines Wasser eingetaucht wurden, korrodierten die Proben aus den
Vergleichsbeispielen ca bis cf in solchem Maße, daß die Oberfläche
des Substrats freigelegt wurde. Andererseits korrodierten die Proben aus den Beispielen
nicht vollständig, wenngleich eine gewisse Korrosion ersichtlich war. Die Proben
aus den Vergleichsbeispielen cg und ch hatten die zufriedenstellendste Korrosionsbeständigkeit,
ihre magnetischen Sättigungsflußdichten waren jedoch in allen Proben deutlich
die niedrigsten.
Beispiel 2
In Beispiel 2 wurde die Beziehung zwischen Sputter-Bedingungen, wie
dem Entladungsgasdruck, der Substrattemperaturen, den Target-Formen und den Richtungen
der eingeleiteten Teilchen und Filmstrukturen, wie Kristallformen und magnetischen
Eigenschaften, auf einem durch HF-Magnetron-Sputtern gebildeten magnetischen Film
untersucht. Die Ergebnisse sind in den Tabellen 4 und 5 dargestellt.
Bei der Untersuchung der Kristallform für das magnetische Kristallkorn,
das eine näherungsweise säulenartige oder nadelartige Form aufweist, wird
die durchschnittliche Größe in Längsrichtung des Kristallkorns mit
dL bezeichnet und die durchschnittliche Größe in der kurzen Richtung des
Kristallkorns mit dS bezeichnet. Für das magnetische Kristallkorn mit einer
verzweigten Form, die näherungsweise säulenartige und nadelartige Abschnitte
aufweist, wird die kurze Richtung jeder Stelle mit ds bezeichnet und wird die minimale
Länge des verzweigten magnetischen Kristallkorns mit dl bezeichnet. Ein Verfahren
zum Messen von dL, dS, ds und dl gleicht demjenigen aus Beispiel 1. Die Filmdicken
der folgenden Proben betrugen 3 &mgr;m, und die magnetische
Eigenschaft wurde nach einer Wärmebehandlung im Vakuum bei 520°C erhalten.
Die Filmbildungsbedingungen in Beispiel 2 sind die folgenden:
Bedingungen für die Beispiele aa bis a
- Substrat: nichtmagnetisches Keramiksubstrat
- Substrattemperatur: Wasserkühlung auf 250°C
- Magnetisches Film-Target: FeAlSiTi-Legierungs-Target
- Target-Größe: 3 Zoll (7,62 cm)
- Entladungsgasdruck: 1 bis 4 mTorr (0,133–0,532 Pa)
- Haupt-Sputter-Gas: Ar
- Stickstoff-Flußverhältnis: 2 bis 4%
- Sauerstoff-Flußverhältnis: 0,5 bis 2%
- Entladungsleistung: 400 W
Experimente für Vergleichsbeispiele werden durch Ändern
der Bedingungen für die Beispiele aa bis ag zu den folgenden Bedingungen vorgenommen.
Bedingungen für die Vergleichsbeispiele ca bis ce
- Substrattemperatur: auf 300°C geändert oder Kühlen durch flüssigen
Stickstoff
Bedingungen für die Beispiele ba bis be und die Vergleichsbeispiele
bf und bg
- Substrat: nichtmagnetisches Keramiksubstrat
- Substrattemperatur: Wasserkühlung auf 250°C
- Magnetisches Film-Target: FeAlSiTi-Legierungs-Target
- Target-Größe: 5 Zoll × 15 Zoll (12,7 × 38,1 cm)
- Entladungsgasdruck: 1 bis 4 mTorr (0,133–0,532 Pa)
- Haupt-Sputter-Gas: Ar
- Stickstoff-Flußverhältnis: 2 bis 4%
- Sauerstoff-Flußverhältnis: 0,5 bis 2%
- Entladungsleistung: 2 kW
Experimente für Vergleichsbeispiele werden durch Ändern
der Bedingungen für die Beispiele ba bis bg zu den folgenden Bedingungen vorgenommen.
Bedingungen für die Vergleichsbeispiele da bis de
- Substrattemperatur: auf 300°C geändert oder Kühlen durch flüssigen
Stickstoff
In den Beispielen aa bis ag wurden die magnetischen Kristallkörner
im wesentlichen senkrecht zu dem Substrat mit näherungsweise säulenartigen
oder nadelartigen Kristallkörnern als eine Mutterphase gezüchtet, wie
in der schematischen TEM-Schnittansicht aus 2 dargestellt
ist. Andererseits weisen die magnetischen Kristallkörner in den Beispielen
ba bis bg, wie in der schematischen TEM-Schnittansicht aus 1
dargestellt ist, verzweigte Kristallkörner auf, an denen wenigstens zwei näherungsweise
säulenartige oder nadelartige Kristallabschnitte zusammengefügt
waren und näherungsweise säulenartige und nadelartige Körner als
Mutterphase vorlagen. Es wird angenommen, daß dies daran lag, daß die
Target-Größe diejenige in den Beispielen aa bis ag übertrifft, so
daß mehr Teilchen schräg in das Substrat eingeführt werden, so daß
sich die Bedingungen für das Wachstum der Kristallkörner geändert
haben. Es wurde weiterhin bestätigt, daß die verzweigte Form verwirklicht
werden konnte, beispielsweise durch eine Technik zum Bilden eines Films, während
die Positionsbeziehung zwischen dem Substrat und dem Target geändert wurde,
so daß ein Winkel der in das Substrat eingeführten Teilchen periodisch
geändert wurde.
Wenn die Filmstruktur auf einer Fläche parallel zu der Oberfläche
des Substrats in allen Proben des Beispiels 2 sowie des Beispiels 1 betrachtet wurde,
wurde bestätigt, daß der magnetische Film transformierte Kreise, transformierte
Ellipsen oder Kombinationen dieser Formen aufwies und daß die durchschnittliche
Oberfläche Sa und das durchschnittliche Volumen Va des magnetischen Kristallkorns
die Beziehung Sa > 4,84 Va2/3 ausreichend erfüllten.
Weiterhin hatten die Proben der Vergleichsbeispiele, die nicht wenigstens
eine der folgenden Bedingungen erfüllten, schlechte magnetische Eigenschaften:
(1) dl > 50 nm, (2) 5 nm < dS < 60 nm und (3) dL > 100 nm.
Wenn die Zusammensetzungen der Proben aus den Vergleichsbeispielen
durch eine Zusammensetzungsformel (FeaSibAlcTid)100-e-fNeOf
ausgedrückt wurden, lag die Zahl a im Bereich von 75 bis 77, die Zahl b im
Bereich von 18 bis 21, die Zahl c im Bereich von 1 bis 4, die Zahl d im Bereich
von 1 bis 4, die Zahl e im Bereich von 1 bis 2 und die Zahl f im Bereich von 4 bis
9. In dem Fall, in dem im wesentlichen der gleiche Film unter den gleichen Bedingungen
gebildet wurde, ergab sich bei einer Zusammensetzungsänderung innerhalb des
vorstehend erwähnten Bereichs kein solcher Unterschied der magnetischen Eigenschaft,
daß er zwischen den Beispielen und den Vergleichsbeispielen ersichtlich wäre.
Weiterhin hatte auch in dem Fall, in dem O und N in Beispiel 2 teilweise
oder vollständig durch B und C ersetzt waren, oder in dem Fall, in dem die
verzweigten Kristallkörner durch Ändern der Target-Größe oder
dergleichen mit der gleichen Zusammensetzung wie in Beispiel 1 erhalten wurden,
der magnetische Film mit Kristallkörnern, deren Größe im vorstehend
erwähnten bevorzugten Bereich lag, eine ausgezeichnete magnetische Eigenschaft.
Weiterhin waren bei allen Proben in Beispiel 2 alle Kristallorientierungen
angrenzender magnetischer Kristallkörner in der in einer Ebene liegenden Richtung
zufällig.
Wenn der magnetische Film aus Beispiel 2 weiterhin durch Gleichstrom-Magnetron-Sputtern
erzeugt wurde, ergaben sich durch Ändern des Entladungsgasdrucks auf 0,5 bis
2 mTorr (0,067–0,266 Pa) und der Leistung auf 100 W im wesentlichen die gleiche
Zusammensetzung und Kristallstruktur wie vorstehend angegeben. Überdies wurde
bestätigt, daß der magnetische Film unmittelbar nach seiner Herstellung
eine ausgezeichnete weichmagnetische Eigenschaft aufwies.
Wenn die Proben aus den Beispielen und den Vergleichsbeispielen 50
Stunden lang in 0,5 normales Salzwasser eingetaucht wurden, wurden die Proben aus
den Vergleichsbeispielen an der Oberfläche des Films oder der Grenzfläche
zwischen dem Film und dem Substrat befleckt. Andererseits wurden die Proben aus
den Beispielen nicht befleckt.
Beispiel 3
In Beispiel 3 wurden die Zusammensetzungen und Filmstrukturen, wie
Kristallformen, auf einem durch HF-Magnetron-Sputtern gebildeten magnetischen Film
unter verschiedenen Bedingungen durch Ändern der Sputter-Bedingungen, wie des
Entladungsgasdrucks und der Substrattemperaturen bei verschiedenen hinzugefügten
Elementen bei verschiedenen Reaktanten-Gasflußraten untersucht. Die Ergebnisse
sind in Tabelle 6 dargestellt.
Die Form der Kristallkörner und der Korngrenzenzustand wurden
durch TEM-Betrachtung im Querschnitt, wobei die Fläche parallel zu dem Film
verlief, ebenso wie vorstehend erwähnt geschätzt. Die durchschnittliche
minimale Dicke T des Korngrenzenverbunds wurde auch durch die TEM-Betrachtung geschätzt.
Die Filmdicken der folgenden Proben betrugen 3 &mgr;m.
Die Filmbildungsbedingungen in Beispiel 3 sind die folgenden:
Bedingungen für die Proben a bis i
- Substrat: nichtmagnetisches Keramiksubstrat
- Substrattemperatur: Zimmertemperatur
- Magnetisches Film-Target: ein komplexes Target, bei dem ein
- Element oder ein Verbund-Chip auf einem Fe-Target angeordnet ist
- Target-Größe: 3 Zoll (7,62 cm)
- Entladungsgasdruck: 2 bis 4 mTorr (0,266–0,532 Pa)
- Haupt-Sputter-Gas: Ar
- Stickstoff-Flußverhältnis: 2 bis 4%
- Sauerstoff-Flußverhältnis: 0,5 bis 2%
- Entladungsleistung: 400 W
- Wärmebehandlungstemperatur unter Vakuum: 500°C
Zusätzliche Experimente wurden durch Ändern der Bedingungen
für die vorstehenden Proben zu den folgenden Bedingungen ausgeführt.
Bedingungen für die Proben j bis r
- Wärmebehandlungstemperatur unter Vakuum: 500°C bis 600°C
In Beispiel 3 liegen die Kristallkorngrößen aller Proben
innerhalb des vorstehend beschriebenen bevorzugten Bereichs, und es wird angenommen,
daß sich der Unterschied der magnetischen Eigenschaften aus der Dicke des Korngrenzenverbunds
ergab. Weiterhin wurde auch in dem Fall, in dem O und N in Beispiel 3 teilweise
oder vollständig durch B und C ersetzt wurden, die gleiche Korrelation zwischen
der magnetischen Eigenschaft und der Korngrenzenstruktur erhalten.
Nachdem die Proben a bis i 24 Stunden lang in reines Wasser eingetaucht
wurden, korrodierten die Proben nicht. Zwischen den Beispielproben aa bis az aus
Beispiel 1 und den Beispielproben a bis i aus Beispiel 3 war kein Grundunterschied
in der Struktur der Kristallkörner, der Größe des Korngrenzenverbunds
oder dergleichen ersichtlich. Wenn jedoch mit einem EDS in Zusammenhang
mit dem TEM untersucht wurde, ergab sich, daß die Kristallkörner aus den
Beispielen aa bis az im wesentlichen kein Element mit einer niedrigeren freien Energie
zur Bildung eines Oxids oder eines Nitrids als Fe aufwiesen. Andererseits wiesen
die Kristallkörner aus den Beispielen a bis i wenigstens etwa 10 Atomprozent
des Elements auf.
Weiterhin wurde auch in dem Fall, in dem der magnetische Film des
vorliegenden Beispiels durch Sputtern, das ermöglicht, daß mehr Komponenten
schräg eingeführt werden, so gebildet wurde, daß er verzweigte Kristallkörner
mit der bevorzugten Größe aufwies, der gleiche Effekt bestätigt.
Wenn der magnetische Film aus Beispiel 3 weiterhin durch Gleichstrom-Magnetron-Sputtern
erzeugt wurde, ergaben sich durch Ändern des Entladungsgasdrucks auf 0,5 bis
2 mTorr und der Leistung auf 100 W im wesentlichen die gleiche Zusammensetzung und
Kristallstruktur wie vorstehend angegeben. Überdies wurde bestätigt, daß
der magnetische Film unmittelbar nach der Herstellung eine ausgezeichnete weichmagnetische
Eigenschaft aufwies.
Beispiel 4
In Beispiel 4 wurden verschiedene unterliegende Filme auf einem Substrat
durch HF-Magnetron-Sputtern gebildet, und es wurde auf jedem unterliegenden Film
ein magnetischer Film gebildet. Daraufhin wurden die Filmstruktur und die magnetische
Eigenschaft untersucht. Die Ergebnisse sind in Tabelle 7 dargestellt. In den vorliegenden
Beispielen und Vergleichsbeispielen wurde (Fe0,80Si0,17Al0,01Nb0,02)94O1N5
(Fe0,0752Si0,1598Al0,0094Nb0,0188O0,01N0,05),
das unter den gleichen Bedingungen gebildet wurde, als der magnetische Film verwendet.
Die Filmbildungsbedingungen für den magnetischen Film sind die
folgenden:
Bedingungen zum Bilden des magnetischen Films
- Substrattemperatur: Zimmertemperatur
- Magnetisches Film-Target: ein komplexes Target, bei dem ein Element oder ein
Verbund-Chip auf einem Fe-Target angeordnet ist
- Target-Größe: 3 Zoll (7,62 cm)
- Entladungsgasdruck: 2 bis 4 mTorr (0,266–0,532 Pa)
- Haupt-Sputter-Gas: Ar
- Stickstoff-Flußverhältnis: 2%
- Sauerstoff-Flußverhältnis: 0,5%
- Entladungsleistung: 400 W
Der Kristallzustand des magnetischen Films wurde mit XRD untersucht.
Die Dicken der folgenden Proben betrugen 1 &mgr;m, und die magnetische Eigenschaft
in Tabelle 7 wurde nach einer Wärmebehandlung bei 500°C unter einem Vakuum
für 30 Minuten erhalten.
Die Filmbildungsbedingungen für den unterliegenden Film sind
die folgenden:
Bedingungen zum Bilden des unterliegenden Films
- Substrat: nichtmagnetisches Keramiksubstrat
- Substrattemperatur: Zimmertemperatur
- Unterliegendes Film-Target: ein komplexes Target, bei dem ein Element oder ein
Verbund-Chip auf einem Fe-Target angeordnet ist
- Target-Größe: 3 Zoll (7,62 cm)
- Entladungsgasdruck: 4 mTorr (0,532 Pa)
- Haupt-Sputter-Gas: Ar
- Stickstoff-Flußverhältnis: 0 bis 20%
- Sauerstoff-Flußverhältnis: 0 bis 20%
- Entladungsleistung: 400 W
Die Dicke des unterliegenden Films beträgt 2 &mgr;m.
Weil der Wert der freien Oberflächenenergie von dem Meßverfahren
abhängt, ist in Tabelle 7 nur ein Betrag in bezug auf Fe dargestellt. Aus den
Ergebnissen der XRD- und der TEM-Analyse ergibt sich, daß Körner in den
Proben r bis v in erheblichem Maße wachsen, wodurch die Verschlechterung der
magnetischen Eigenschaft hervorgerufen zu werden scheint. Weiterhin weist der unterliegende
Film einen amorphen Abschnitt mit einem hohen Verhältnis auf. Daher ist der
unterliegende Film in Tabelle 7 aus Zweckmäßigkeitsgründen durch
eine molekulare Formel ausgedrückt, die tatsächliche Zusammensetzung stimmt
jedoch nicht genau mit dem stöchiometrischen Verhältnis überein.
Zusätzlich wurden zum Beurteilen der Wirkung des vorliegenden Beispiels die
magnetischen Eigenschaften der Proben a und i mit einem MgO- bzw. einem Aluminiumoxidsubstrat
untersucht, welche einkristalline Substrate sind. Die Ergebnisse zeigten, daß
die magnetischen Eigenschaften der Proben weiter verbessert waren. Es wurde weiterhin
bestätigt, daß der unterliegende Film des vorliegenden Beispiels die gleiche
Wirkung mit anderen magnetischen Dünnfilmen liefert, solange der magnetische
Dünnfilm die vorstehend beschriebene bevorzugte Kristallkornstruktur aufweist.
Beispiel 5
In Beispiel 5 wurden verschiedene unterliegende Filme durch HF-Magnetron-Sputtern
auf einem Substrat gebildet, und es wurde ein magnetischer Film auf jedem unterliegenden
Film gebildet. Daraufhin wurde die Reaktion zwischen dem Substrat und dem Film untersucht.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 8 dargestellt. In den vorliegenden Beispielen und
Vergleichsbeispielen wurde (Fe0,80Si0,17Al0,01Nb0,02)94O1N5,
das unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 4 gebildet wurde, als der magnetische
Film verwendet.
Die Filmbildungsbedingungen für den magnetischen Film sind die
folgenden:
Bedingungen für das Bilden des magnetischen Films
- Substrattemperatur: Zimmertemperatur
- Magnetisches Film-Target: ein komplexes Target, bei dem ein
- Element oder ein Verbund-Chip auf einem Fe-Target angeordnet ist
- Target-Größe: 3 Zoll (7,62 cm)
- Entladungsgasdruck: 4 mTorr (0,532 Pa)
- Haupt-Sputter-Gas: Ar
- Stickstoff-Flußverhältnis: 2%
- Sauerstoff-Flußverhältnis: 0,5%
- Entladungsleistung: 400 W
Die Filmbildungsbedingungen für den unterliegenden Film sind
die folgenden:
Bedingungen für das Bilden des unterliegenden Films
- Substrat: Ferritsubstrat
- Substrattemperatur: Zimmertemperatur
- Unterliegendes Film-Target: ein Element- oder Verbund-Target
- Target-Größe: 3 Zoll (7,62 cm)
- Entladungsgasdruck: 4 mTorr (0,532 Pa)
- Haupt-Sputter-Gas: Ar
- Stickstoff-Flußverhältnis: 0 bis 20%
- Sauerstoff-Flußverhältnis: 0 bis 20%
- Entladungsleistung: 100 W
Für die unterliegenden Filme der Proben a bis k wurde ein aus
einem in Tabelle 8 dargestellten einzelnen Element bestehender Film mit einer Dicke
von 2 nm auf einem Ferritsubstrat gebildet, und es wurde dann ein Oxid, ein Carbid
oder ein Nitrid des gleichen Elements mit einer Dicke von 1 nm gebildet. Für
die unterliegenden Filme aus den Beispielen l bis v wurde nur ein Oxid, ein Carbid
oder ein Nitrid des gleichen Elements mit einer Dicke von 2 nm gebildet.
Nach der Bildung des unterliegenden Films wurde der magnetische Film
mit einer Dicke von 15 nm gebildet, und es wurde dann Aluminiumoxid mit einer Dicke
von 5 nm als ein Antioxidationsfilm gebildet. Weiterhin wurde eine Wärmebehandlung
bei 700°C ausgeführt, und die Reaktion zischen dem Ferritsubstrat und
dem Film wurde durch Beobachten der Entfärbung an der Oberfläche des Films
untersucht.
Wie anhand Tabelle 8 ersichtlich ist, ermöglicht die unterliegende
Filmstruktur der Proben a bis k das Unter rücken einer wechselseitigen Diffusion
zwischen dem Substrat und dem Film, selbst wenn ein reaktives Substrat, wie Ferrit,
verwendet wird. Wenn weiterhin ein magnetischer Film mit einer Dicke von 3 &mgr;m
auf dem unterliegenden Film der Proben a bis k gebildet wurde, war die magnetische
Eigenschaft im wesentlichen die gleiche wie in Beispiel 4.
Weiterhin wurde der gleiche Effekt auch in dem Fall bestätigt,
in dem der magnetische Film des vorliegenden Beispiels durch Sputtern, das ermöglicht,
daß mehr Komponenten schräg eingeführt werden, so gebildet wird,
daß er verzweigte Kristallkörner mit der bevorzugten Größe aufweist.
Beispiel 6
In Beispiel 6 wurden verschiedene unterliegende Filme durch HF-Magnetron-Sputtern
auf einem Substrat gebildet, und es wurde auf jedem unterliegenden Film ein magnetischer
Film gebildet. Daraufhin wurden die Filmstruktur und die magnetische Eigenschaft
untersucht. Die Ergebnisse sind in Tabelle 9 dargestellt. In den vorliegenden Beispielen
und Vergleichsbeispielen wurde (Fe0,79Si0,17Al0,01Ta0,03)92N8,
das unter den gleichen Bedingungen gebildet wurde, als der magnetische Film verwendet.
Die Filmbildungsbedingungen für den magnetischen Film sind die
folgenden:
Bedingungen für das Bilden des magnetischen Films
- Substrattemperatur: Zimmertemperatur
- Magnetisches Film-Target: ein komplexes Target, bei dem ein Element oder ein
Verbund-Chip auf einem Fe-Target angeordnet ist
- Target-Größe: 3 Zoll (7,62 cm)
- Entladungsgasdruck: 4 mTorr (0,532 Pa)
- Haupt-Sputter-Gas: Ar
- Stickstoff-Flußverhältnis: 4%
- Entladungsleistung: 400 W
Der Kristallzustand des magnetischen Films wurde mit einem XRD untersucht.
Die Dicken der folgenden Proben betrugen 1 &mgr;m, und die magnetische Eigenschaft
in Tabelle 9 wurde nach einer Wärmebehandlung bei 500°C unter einem Vakuum
für 30 Minuten erhalten.
Die Filmbildungsbedingungen für den unterliegenden Film sind
die folgenden:
Bedingungen für das Bilden des unterliegenden Films
- Substrat: nichtmagnetisches Keramiksubstrat
- Substrattemperatur: Zimmertemperatur
- Unterliegendes Film-Target: jedes Element-Target
- Target-Größe: 3 Zoll (7,62 cm)
- Entladungsgasdruck: 4 mTorr (0,532 Pa)
- Sputter-Gas: Ar
- Entladungsleistung: 100 W
Die Dicke des unterliegenden Films beträgt 2 &mgr;m.
Aus den Ergebnissen der XRD- und der TEM-Analyse ergibt sich, daß
in den Proben r bis u Körner in erheblichem Maße wachsen, wodurch die
Verschlechterung der magnetischen Eigenschaft hervorgerufen zu werden scheint. Es
wurde bestätigt, daß die unterliegenden Filme aus den Proben a bis j mit
anderen magnetischen Dünnfilmen wirksam waren, solange der magnetische Film
die vorstehend beschriebene bevorzugte Kristallkornstruktur aufwies. Weiterhin wurden
die unterliegenden Filme aus Beispiel 6 direkt auf dem Substrat gebildet, es wurde
jedoch bestätigt, daß eine Reaktion an der Grenzfläche zwischen dem
Substrat und dem unterliegenden Film durch sandwichförmiges
Anordnen eines Dünnfilms aus einer Verbindung aus einem Oxid, einem Carbid,
einem Nitrid oder einem Borid zwischen dem Substrat und dem unterliegenden Film
unterdrückt werden kann.
Beispiel 7
In Beispiel 7 wurden verschiedene unterliegende Filme durch HF-Magnetron-Sputtern
auf einem Substrat gebildet, und es wurde auf jedem unterliegenden Film unter den
gleichen Bedingungen ein magnetischer Film gebildet. Daraufhin wurden die Filmstruktur
und die magnetische Eigenschaft untersucht. Die Ergebnisse sind in der nachstehenden
Tabelle 10 dargestellt. In den vorliegenden Beispielen und Vergleichsbeispielen
wurde (Fe0,75Si0,20Al0,03Ti0,02)94O1N5,
das unter den gleichen Bedingungen gebildet wurde, als der magnetische Film verwendet.
Die Filmbildungsbedingungen für den magnetischen Film sind die
folgenden:
Bedingungen für das Bilden des magnetischen Films
- Substrattemperatur: Zimmertemperatur
- Magnetisches Film-Target: FeSiAlTi-Legierungs-Target
- Target-Größe: 3 Zoll (7,62 cm)
- Entladungsgasdruck: 4 mTorr (0,532 Pa)
- Haupt-Sputter-Gas: Ar
- Stickstoff-Flußverhältnis: 2%
- Sauerstoff-Flußverhältnis: 0,5%
- Entladungsleistung: 300 W
Die Gesamtdicke der folgenden Proben betrug 3 &mgr;m, und die in
Tabelle 10 dargestellte magnetische Eigenschaft wurde nach einer Wärmebehandlung
bei 500°C unter einem Vakuum für 30 Minuten erhalten. Nachstehend werden
die unterliegenden Filme der Proben a bis o als "unterliegende Filme a bis o" bezeichnet
(im Fall einer Mehrfachschicht wird die Schicht, die dem Substrat am nächsten
liegt, mit a1 bezeichnet, und die nächste Schicht wird mit a2
bezeichnet usw.).
Für die unterliegenden Filme a bis c wurde Aluminiumoxid mit
einer Dicke von 4 nm auf einem Substrat als Sperrfilme a1 bis c1
gebildet, und es wurden dann Nitridschichten oder Oxidschichten mit einer Dicke
von 0,5 nm bis 10 nm in einem Ar- und Stickstoffgas oder einem Ar- und Sauerstoffgas
als unterliegende Filme a2 bis c2 unter Verwendung des gleichen
Targets als magnetischer Film gebildet.
Die Filmbildungsbedingungen für die unterliegenden Filme a bis
c sind die folgenden:
Bedingungen für das Bilden der unterliegenden Filme a bis
c
- Substrat: Ferritsubstrat
- Substrattemperatur: Zimmertemperatur
- Unterliegender Film und Sperrfilm-Target: Aluminiumoxid-Target,
- FeSiAlTi-Legierungs-Target
- Target-Größe: 3 Zoll (7,62 cm)
- Entladungsgasdruck: 4 mTorr (0,532 Pa)
- Sputter-Gas: (Aluminiumoxid-Formation) Ar
(Nitridschicht-Formation) Ar + N2; N2-Flußverhältnis
15%
(Oxidschicht-Formation) Ar + O2; O2-Flußverhältnis
10%
- Entladungsleistung: 100 W
Für die unterliegenden Schichten d bis l wurde Aluminiumoxid
auf einem Substrat mit einer Dicke von 4 nm als Sperrschichten d1 bis
l1 gebildet, und es wurden Filme mit einer Dicke von 0,3 nm bis 200 nm
als sekundäre magnetische Schichten d2 bis l2 unter den
gleichen Bedingungen wie beim magnetischen Film gebildet. Danach wurden Oxidfilme
mit einer Dicke von 0,03 bis 15 nm in einem Ar- und O2-Gas als Trennschichten
d3 bis l3 unter Verwendung des gleichen Targets wie beim magnetischen
Film gebildet.
Die Filmbildungsbedingungen für die unterliegenden Filme d bis
l sind die folgenden:
Bedingungen für das Bilden der unterliegenden Filme d bis l
- Substrat: Ferritsubstrat
- Substrattemperatur: Zimmertemperatur
- Unterliegender Film- und Sperrfilm-Target: Aluminiumoxid-Target,
- FeSiAlTi-Legierungs-Target
- Target-Größe: 3 Zoll (7,62 cm)
- Entladungsgasdruck: 4 mTorr (0,532 Pa)
- Sputter-Gas: (Aluminiumoxid-Formation) Ar
(Sekundäre Magnetschicht-Formation) Ar + O2 + N2;
O2-Flußverhältnis 0,5%
N2-Flußverhältnis 2%
(Trennschicht-Formation) Ar + O2; O2-Flußverhältnis
5%
- Entladungsleistung: (Aluminiumoxid- und Trennschicht-Formation) 100 W
(Sekundäre Magnetschicht-Formation) 300 W
Für die unterliegenden Schichten m und n wurde Aluminiumoxid
mit einer Dicke von 4 nm auf einem Substrat als Sperrschichten m1 und
n1 gebildet, und es wurde dann (Fe0,75Si0,20Al0,03Ti0,02)94O1N5,
das demjenigen beim magnetischen Hauptfilm gleicht, mit einer Dicke von 10 nm oder
100 nm als sekundäre magnetische Schichten m2 und n2
gebildet. Daraufhin wurden Siliciumnitridfilme mit einer Dicke von 2 nm in einem
Ar- und O2-Gas als Trennschichten m3 und n3 unter
Verwendung eines Siliciumnitrid-Targets gebildet.
Die Filmbildungsbedingungen für die unterliegenden Filme m und
n sind die folgenden:
Bedingungen für das Bilden der unterliegenden Filme m und
n
- Substrat: Ferritsubstrat
- Substrattemperatur: Zimmertemperatur
- Unterliegender Film- und Sperrfilm-Target: Aluminiumoxid-Target,
FeSiAlTi-Legierungs-Target
Si3N4-Target
- Target-Größe: 3 Zoll (7,62 cm)
- Entladungsgasdruck: 4 mTorr (0,532 Pa)
- Sputter-Gas: (Aluminiumoxid-Formation) Ar
(Sekundäre Magnetschicht-Formation) Ar + O2 + N2;
O2-Flußverhältnis 0,5%
N2-Flußverhältnis 2%
(Trennschicht-Formation) Ar + N2; N2-Flußverhältnis
10%
- Entladungsleistung: (Aluminiumoxid und Trennschicht-Formation) 100 W
(Sekundäre Magnetschicht-Formation) 300 W
Für die unterliegende Schicht o wurde nur Aluminiumoxid mit einer
Dicke von 4 nm als eine Sperrschicht gebildet.
Die Filmbildungsbedingungen für den unterliegenden Film o sind
die folgenden:
Bedingungen für das Bilden des unterliegenden Films o
- Substrat: Ferritsubstrat
- Substrattemperatur: Zimmertemperatur
- Sperrfilm-Target: Aluminiumoxid-Target
- Target-Größe: 3 Zoll (7,62 cm)
- Entladungsgasdruck: 4 mTorr (0,532 Pa)
- Sputter-Gas: Ar
- Entladungsleistung: 100 W
Weil der Film aus dem vorliegenden Beispiel selbst die bevorzugte
Kristallkornstruktur und Zusammensetzung aufweist, behält er die ausgezeichnete
magnetische Eigenschaft. Die Proben a bis c, e und g bis n haben weiter verbesserte
magnetische Eigenschaften. Die in Tabelle 10 mit * bezeichnete Probe j hat eine
Trennschicht mit einer erheblichen Dicke von 15 nm. In dem Fall, in dem die Probe
j als ein MIG-Kopfmaterial verwendet wird, kann diese Trennschicht daher einen Pseudo-Spalt
erzeugen. Es ergibt sich jedoch kein Problem bei der Verwendung der Probe j für
einen LAM-Kopf. Die mit ** markierte Probe l hat eine niedrige Koerzitivkraft, es
ist jedoch nicht vorteilhaft, die Probe l für einen MIG-Kopf zu verwenden,
weil sie eine abgestufte Hysteresekurve aufweist und die magnetische Eigenschaft
dieser zweiten magnetischen Schicht eine Kopf-Ausgangsleistungseigenschaft bestimmt.
Es gibt jedoch wiederum kein Problem bei der Verwendung von ihr für einen LAM-Kopf.
Die unterliegende Struktur des vorliegenden Beispiels bietet die vorteilhafte
Wirkung des Verbesserns der magnetischen Eigenschaft, solange der magnetische Film
die bevorzugte Struktur oder die bevorzugte Zusammensetzung gemäß der
vorliegenden Erfindung aufweist. Weiterhin ist die Zusammensetzung, die für
den unterliegenden Film verwendet werden kann, nicht besonders beschränkt,
und sie kann beispielsweise ein Oxid, ein Nitrid, ein Carbid und ein Borid sein,
das an Stelle von Aluminiumoxid verwendet werden kann, um die gleiche vorteilhafte
Wirkung zu erhalten. Weiterhin wurde im Fall der Proben a bis c ein Oxid oder ein
Nitrid eines magnetischen Targets verwendet, es kann jedoch auch ein Borid oder
ein Carbid verwendet werden. Bei den Proben e bis n wurde der gleiche magnetische
Film wie der magnetische Hauptfilm als die zweite magnetische
Schicht gebildet, jede magnetische Metallschicht liefert jedoch die gleiche vorteilhafte
Wirkung. Weiterhin wurde ein Oxid des magnetischen Hauptfilms oder Siliciumnitrid
für die Trennschicht verwendet, es wurde jedoch bestätigt, daß die
gleiche vorteilhafte Wirkung mit einem amorphen Material, einem Metallelement oder
einem Nicht-Metallelement erhalten werden kann, das eine vom magnetischen Hauptfilm
verschiedene Kristallstruktur aufweist.
Beispiel 8
In Beispiel 8 wurden die magnetischen Eigenschaften auf einem Substrat
durch HF-Magnetron-Sputtern gebildeter magnetischer Filme mit verschiedenen hinzugefügten
Elementen bei verschiedenen Reaktanten-Gasflußverhältnissen untersucht.
Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle 11 dargestellt. Die Dicken der
folgenden Proben betrugen 3 &mgr;m, und die magnetische Eigenschaft wurde nach
einer Wärmebehandlung bei 520°C unter einem Vakuum erhalten.
Die Filmbildungsbedingungen für den magnetischen Film sind die
folgenden:
Bedingungen für das Bilden des magnetischen Films
- Substrat: nichtmagnetisches Keramiksubstrat
- Substrattemperatur: Zimmertemperatur
- Magnetisches Film-Target: ein komplexes Target, bei dem ein
- Element oder ein Verbund-Chip auf einem Fe-Target angeordnet ist
- Target-Größe: 3 Zoll (7,62 cm)
- Entladungsgasdruck: 1 bis 4 mTorr (0,133–0,532 Pa)
- Haupt-Sputter-Gas: Ar
- Stickstoff-Flußverhältnis: 0 bis 8%
- Entladungsleistung: 400 W
Wenn alle vorstehenden Proben einem Salzsprühtest nach JIS unterzogen
wurden, wiesen alle Proben aus Beispiel 8 eine zufriedenstellende Korrosionsbeständigkeit
auf.
Die Probe aus dem Vergleichsbeispiel ag hat die gleiche Zusammensetzung
wie die Probe aus dem Beispiel ah mit Ausnahme von Stickstoff. Die Probe aus dem
Vergleichsbeispiel ag wies eine niedrigere Korrosionsbeständigkeit auf als
die Probe aus Beispiel ah, wenngleich infolge des Nichtvorhandenseins von Stickstoff
mehr Antikorrosionselemente in den magnetischen Kristallkörnern vorhanden sind.
Es ist demgemäß wirksam, zum Verbessern der Korrosionsbeständigkeit
eine Spur Stickstoff hinzuzufügen. Weiterhin wies die Probe aus dem Vergleichsbeispiel
ac nach der Wärmebehandlung auf 400°C eine zufriedenstellende magnetische
Eigenschaft auf, sie verschlechterte sich jedoch bei 520°C. Es wurde andererseits
bestätigt, daß die Probe aus dem Beispiel ae durch das Hinzufügen
einer Spur Ta eine verbesserte Wärmebehandlungsstabilität der magnetischen
Eigenschaft aufwies.
Die mit * markierte Probe aus dem Beispiel aa wies eine zufriedenstellende
weichmagnetische Eigenschaft und Korrosionsbeständigkeit auf, die magnetische
Sättigungsflußdichte nahm jedoch einen niedrigen Wert von 1T oder weniger
an. Die magnetische Sättigungsflußdichte ist jedoch höher als diejenige
von Ferrit, und weil die Probe aus dem Beispiel aa die hervorragendste Korrosionsbeständigkeit
aufweist, weist sie ausreichende Merkmale für eine Verwendung in einer Magnetspule
auf. Die Probe aus dem mit ** markierten Beispiel bd wies eine ausreichende weichmagnetische
Eigenschaft auf, sie korrodierte jedoch leicht infolge des Salzsprühtests.
Die Probe aus dem Beispiel bd wies jedoch eine ausreichende Funktionsweise zur Verwendung
in einem nicht transportablen VTR (Videorecorder) oder einer Festplatte auf, die
hinsichtlich der Widerstandsfähigkeit gegenüber der Umgebung weniger anspruchsvoll
ist. Das in Beispiel 8 verwendete FeSiAlTaN-Material verbessert weiter die magnetische
Eigenschaft durch Bilden eines Films dieses Materials auf dem bevorzugten unterliegenden
Film gemäß der vorliegenden Erfindung.
Wenn der magnetische Film aus dem vorliegenden Beispiel weiterhin
so gebildet wurde, daß er verzweigte Kristallkörner mit der bevorzugten
Größe durch Sputtern aufwies, wodurch das schräge Einführen
von weiteren Komponenten ermöglicht wurde, wurde die gleiche Wirkung bestätigt.
Beispiel 9
In Beispiel 9 wurden die magnetischen Eigenschaften auf einem Substrat
durch HF-Magnetron-Sputtern gebildeter magnetischer Filme mit verschiedenen hinzugefügten
Elementen bei verschiedenen Reaktanten-Gasflußverhältnissen untersucht.
Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle 12 dargestellt. Die Dicken der
folgenden Proben betrugen 3 &mgr;m, und die magnetischen Eigenschaft wurde nach
einer Wärmebehandlung bei 520°C unter einem Vakuum erhalten.
Die Filmbildungsbedingungen für den magnetischen Film sind die
folgenden:
Bedingungen für das Bilden des magnetischen Films
- Substrat: nichtmagnetisches Keramiksubstrat
- Substrattemperatur: Zimmertemperatur
- Magnetisches Film-Target: ein komplexes Target, bei dem ein
- Element oder ein Verbund-Chip auf einem Fe-Target angeordnet ist
- Target-Größe: 3 Zoll (7,62 cm)
- Entladungsgasdruck: 1 bis 4 mTorr (0,133–0,532 Pa)
- Haupt-Sputter-Gas: Ar
- Stickstoff-Flußverhältnis: 0 bis 8%
- Entladungsleistung: 400 W
Wenn alle vorstehenden Proben einem Salzsprühtest nach JIS unterzogen
wurden, wiesen alle Proben aus Beispiel 9 eine zufriedenstellende Korrosionsbeständigkeit
auf. Wie in Beispiel 8 zeigte der Vergleich zwischen dem Vergleichsbeispiel ag und
dem Beispiel ah, daß es wirksam ist, eine Spur Stickstoff hinzuzufügen,
um die Korrosionsbeständigkeit zu verbessern. Weiterhin zeigte der Vergleich
zwischen dem Vergleichsbeispiel ac und dem Beispiel ae, daß die Wärmebehandlungsstabilität
der magnetischen Eigenschaft infolge des Hinzufügens einer Spur Ti verbessert
war.
Die mit * markierte Probe aus dem Beispiel aa wies eine zufriedenstellende
weichmagnetische Eigenschaft und Korrosionsbeständigkeit auf, die magnetische
Sättigungsflußdichte nahm jedoch einen niedrigen Wert von 1T oder weniger
an. Die magnetische Sättigungsflußdichte ist jedoch höher als diejenige
von Ferrit, und weil die Probe aus dem Beispiel aa die hervorragendste Korrosionsbeständigkeit
aufweist, weist sie ausreichende Merkmale für eine Verwendung in einer Magnetspule
auf. Die Probe aus dem mit ** markierten Beispiel bd wies eine ausreichende weichmagnetische
Eigenschaft auf, sie korrodierte jedoch leicht infolge des Salzsprühtests.
Die Probe aus dem Beispiel bd wies jedoch eine ausreichende Funktionsweise zur Verwendung
in einem nicht transportablen VTR oder einer Festplatte auf, die hinsichtlich der
Widerstandsfähigkeit gegenüber der Umgebung weniger anspruchsvoll ist.
Das in Beispiel 9 verwendete FeSiAlTiN-Material verbessert weiter die magnetische
Eigenschaft durch Bilden eines Films dieses Materials auf dem bevorzugten unterliegenden
Film der vorliegenden Erfindung.
In Beispiel 8 wurde Ta verwendet, und in Beispiel 9 wurde Ti verwendet.
Es wurde jedoch bestätigt, daß selbst dann, wenn Ta oder Ti teilweise
oder vollständig durch wenigstens eines aus der aus Zr, Hf, V, Nb und Cr bestehenden
Gruppe ersetzt wurde, Si teilweise oder vollständig durch Ge ersetzt wurde
oder Al teilweise oder vollständig durch Ga oder Cr ersetzt wurde, der magnetische
Film eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit und magnetische Eigenschaft
aufwies.
Wenn der magnetische Film aus dem vorliegenden Beispiel weiterhin
durch Sputtern, das es ermöglicht, daß mehr Komponenten schräg eingeführt
werden, so gebildet wurde, daß er verzweigte Kristallkörner mit der bevorzugten
Größe aufwies, wurde die gleiche Wirkung bestätigt.
Beispiel 10
In Beispiel 10 wurden die magnetischen Eigenschaften auf einem Substrat
durch HF-Magnetron-Sputtern gebildeter magnetischer Filme mit verschiedenen hinzugefügten
Elementen bei verschiedenen Reaktanten-Gasflußverhältnissen untersucht.
Die Ergebnisse sind in den nachstehenden Tabellen 13 bis 15 dargestellt. Die Dicken
der folgenden Proben betrugen 3 &mgr;m, und die magnetischen Eigenschaft wurde
nach einer Wärmebehandlung bei 520°C unter einem Vakuum erhalten.
Die Filmbildungsbedingungen für den magnetischen Film sind die
folgenden:
Bedingungen für das Bilden des magnetischen Films
- Substrat: nichtmagnetisches Keramiksubstrat
- Substrattemperatur: Zimmertemperatur
- Magnetisches Film-Target: ein komplexes Target, bei dem ein Element oder ein
Verbund-Chip auf einem Fe-Target angeordnet ist
- Target-Größe: 3 Zoll (7,62 cm)
- Entladungsgasdruck: 1 bis 4 mTorr (0,133–0,532 Pa)
- Haupt-Sputter-Gas: Ar
- Stickstoff-Flußverhältnis: 0 bis 8%
- Sauerstoff-Flußverhältnis: 0,5 bis 2%
- Entladungsleistung: 400 W
Wenn alle vorstehenden Proben einem Salzsprühtest nach JIS unterzogen
wurden, wiesen alle Proben aus Beispiel 10 eine zufriedenstellende Korrosionsbeständigkeit
auf. In Beispiel 9 wurde Stickstoff als ein hinzugefügtes leichtes Element
verwendet, während in Beispiel 10 Stickstoff und Sauerstoff als hinzugefügte
leichte Elemente verwendet wurden. Der Vergleich zwischen den Beispielen 9 und 10
zeigte, daß das Hinzufügen von Stickstoff und Sauerstoff zum Verbessern
der magnetischen Eigenschaft wirksamer war als das Hinzufügen nur von Stickstoff.
Die Proben aus den mit * markierten Beispielen aa und ab wiesen eine
zufriedenstellende weichmagnetische Eigenschaft und Korrosionsbeständigkeit
auf, die magnetische Sättigungsflußdichte nahm jedoch einen niedrigen
Wert von 1T oder weniger an. Die magnetische Sättigungsflußdichte ist
jedoch höher als diejenige von Ferrit, und weil die Probe aus dem Beispiel
aa die hervorragendste Korrosionsbeständigkeit aufweist, weist sie ausreichende
Merkmale für eine Verwendung in einer Magnetspule auf. Die Probe aus dem mit
** markierten Beispiel bd wies eine ausreichende weichmagnetische Eigenschaft auf,
sie korrodierte jedoch leicht infolge des Salzsprühtests. Die Probe aus dem
Beispiel bd wies jedoch eine ausreichende Funktionsweise zur Verwendung in einem
nicht transportablen VTR oder einer Festplatte auf, die hinsichtlich der Widerstandsfähigkeit
gegenüber der Umgebung weniger anspruchsvoll ist. Das in Beispiel 10 verwendete
FeSiAlTiON-Material verbessert weiter die magnetische Eigenschaft durch Bilden eines
Films dieses Materials auf dem bevorzugten unterliegenden Film der vorliegenden
Erfindung.
Weiterhin wurde bestätigt, daß selbst dann, wenn Ti teilweise
oder vollständig durch wenigstens eines aus der aus Ta, Zr, Hf, V, Nb und Cr
bestehenden Gruppe ersetzt wurde, Si teilweise oder vollständig durch Ge ersetzt
wurde oder Al teilweise oder vollständig durch Ga oder Cr ersetzt wurde, der
magnetische Film auch eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit und magnetische
Eigenschaft aufwies.
Wenn der magnetische Film aus dem vorliegenden Beispiel weiterhin
durch Sputtern, das es ermöglicht, daß mehr Komponenten schräg eingeführt
werden, so gebildet wurde, daß er verzweigte Kristallkörner mit der bevorzugten
Größe aufwies, wurde die gleiche Wirkung bestätigt.
Beispiel 11
Im allgemeinen korrodiert ein auf Ferrit gebildeter magnetischer Metallfilm
allmählich infolge eines durch die Wechselwirkung mit dem Ferrit gebildeten
Lokalzelleneffekt oder eines an der Grenzfläche zwischen dem Film und dem Ferrit
gebildeten Spalteffekt, so daß im Laufe der Zeit eine Änderung der Funktion
als ein Magnetkopf hervorgerufen wird. In Beispiel 11 wurde zum Bestätigen
der Zuverlässigkeit als ein Magnetkopf ein MIG-Kopf hergestellt, und die Selbstaufzeichnungs/Wiedergabe-Merkmale
des MIG-Kopfs wurden beurteilt. Daraufhin wurde der MIG-Kopf einem Salzsprühtest
unterzogen, um eine Änderung der magnetischen Eigenschaft nach dem Test zu
beobachten. Beispielsweise ist eine Änderung der Merkmale eines mit Sendust
(FeAlSi/unterliegende Schicht Bi) als Metallkern hergestellten MIG-Kopfs dargestellt.
Die Spezifikation des Kopfs ist die folgende:
Kopfspezifikation
- Spurbreite: 17 &mgr;m
- Spalttiefe: 12,5 &mgr;m
- Spaltlänge: 0,2 &mgr;m
- Wicklungszahl N: 16
- Sperrfilm auf Ferrit: Aluminiumoxid 4 nm
- Magnetische Filmdicke: 4,5 &mgr;m
- C/N-Merkmale:
Relative Rate = 10,2 m/s
Aufzeichnungs-/Wiedergabefrequenz = 20,9 MHz
Band: MP-Band
Wie vorstehend beschrieben wurde, verbessert der magnetische Film
gemäß der vorliegenden Erfindung, wenn er für den Magnetkopf verwendet
wird, die Kopfmerkmale und bietet einen Magnetkopf mit einer hohen Zuverlässigkeit.
Beispiel 12
In Beispiel 12 wurden verschiedene unterliegende Filme durch HF-Magnetron-Sputtern
auf einem rauhen Substrat gebildet, und die unterliegenden Filme wurden untersucht,
um einen unterliegenden Film zu erhalten, der hinsichtlich der Unterdrückung
von Substratbrüchen und der magnetischen Eigenschaft ausgezeichnet war.
Zuerst wurden 100 15 &mgr;m × 2 mm × 15 &mgr;m (Dicke:
15 &mgr;m) messende raube Abschnitte auf einem 2 mm × 28 mm × 1 mm (Dicke:
1 mm) messenden Ferritsubstrat gebildet, um ein Substrat für einen Bruchtest
vorzubereiten. Eine Aluminiumoxid-Sperrschicht mit einer Dicke von 3 nm wurde auf
dem Testsubstrat gebildet, und es wurden dann verschiedene 100 nm aufweisende unterliegende
Filme hergestellt, während der Durchmesser der Kristallkörner durch Ändern
des Anteils von Stickstoff, Sauerstoff, Nb, Y oder Hf gesteuert wurde. Daraufhin
wurde darauf ein FeSiAlTiON-Film mit einer Dicke von 10 &mgr;m als oberster Film
gebildet. Nachdem dieser magnetische Dünnfilm einer Wärmebehandlung bei
520°C unterzogen wurde, wurde nur der Film durch chemisches Ätzen entfernt,
und es wurden die Bruchverhältnisse der rauben Abschnitte des Substrats beurteilt.
Andererseits wurde eine Einzelschicht von jedem unterliegenden Film mit einer Dicke
von 3 &mgr;m auf einem glatten Glassubstrat gebildet, und der Durchmesser der
Kristallkörner nach der Wärmebehandlung wurde mit einem XRD untersucht.
Tabelle 17 zeigt das Bruchverhältnis und den durchschnittlichen Kristallkorn-durchmesser.
Die Filmbildungsbedingungen für den unterliegenden Film sind
die folgenden:
Filmbildungsbedingungen für den mit Stickstoff versehenen
unterliegenden Film
- Substrattemperatur: Wasserkühlung
- Target: FeSiAlTi
- Target-Größe: 5 × 15 Zoll (12,7 × 38,1 cm)
- Entladungsgasdruck: 8 mTorr (1,064 Pa)
- Haupt-Sputter-Gas: Ar
- Stickstoff-Flußverhältnis: 2 bis 20%
- Sauerstoff-Flußverhältnis: 0%
- Entladungsleistung: 2 kW
Filmbildungsbedingungen für den mit Sauerstoff versehenen
unterliegenden Film
- Substrattemperatur: Wasserkühlung
- Target: FeSiAlTi
- Target-Größe: 5 × 15 Zoll (12,7 × 38,1 cm)
- Entladungsgasdruck: 8 mTorr (1,064 Pa)
- Haupt-Sputter-Gas: Ar
- Stickstoff-Flußverhältnis: 0%
- Sauerstoff-Flußverhältnis: 2 bis 10%
- Entladungsleistung: 2 kW
Filmbildungsbedingungen für den mit Nb, Y oder Hf versehenen unterliegenden
Film
- Substrattemperatur: Wasserkühlung
- Target: mehrere 10 mm × 10 mm messende, auf einem FeSiAl-Target angeordnete
Nb-, Y- oder Hf-Chips
- Target-Größe: 5 × 15 Zoll (12,7 × 38,1 cm)
- Entladungsgasdruck: 8 mTorr (1,064 Pa)
- Haupt-Sputter-Gas: Ar
- Stickstoff-Flußverhältnis: 0%
- Sauerstoff-Flußverhältnis: 0%
- Entladungsleistung: 2 kW
Beispiel 12 bestätigte, daß das Brechen des Substrats unterdrückt
werden kann, wenn der unterliegende Film ungeachtet des Materials des unterliegenden
Films einen durchschnittlichen Kristallkorndurchmesser von 20 nm oder weniger aufweist.
Angesichts dieser Ergebnisse wurde der folgende MIG-Kopf unter Verwendung
eines mit Stickstoff mit einer Dicke von 100 nm bereitgestellten unterliegenden
Films mit Kristallkörnern mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 30 nm
oder 20 nm erzeugt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 18 dargestellt.
Die Spezifikation des Kopfs ist die folgende:
Kopfspezifikation
- Spurbreite: 17 &mgr;m
- Spalttiefe: 12,5 &mgr;m
- Spaltlänge: 0,2 &mgr;m
- Wicklungszahl N: 16
- Sperrfilm auf Ferrit: Aluminiumoxid 3 nm
- Magnetische Filmdicke: 9 &mgr;m
- C/N-Merkmale:
Relative Rate = 10,2 m/s
Aufzeichnungs-/Wiedergabefrequenz = 20,9 MHz
Band: MP-Band
Wie vorstehend beschrieben wurde, sind die Merkmale des Magnetkopfs
verbessert, wenn der unterliegende Film innerhalb des bevorzugten Bereichs der vorliegenden
Erfindung liegt.
Als nächstes wurde eine unterliegende Schicht (eine unterliegende
Schicht A) mit einer Dicke von 2 nm auf einer unterliegenden Schicht (einer unterliegenden
Schicht B) mit einer Dicke von 100 nm mit Kristallkörnern mit einem Durchmesser
von 20 nm, die durch Hinzufügen von Stickstoff, dessen Wirkung anhand Tabelle
18 ersichtlich ist, kleiner gemacht wurden, gebildet. Die Kristallkörner der
unterliegenden Schicht wurden durch Erhöhen der Menge des hinzugefügten
Stickstoffs bis auf einen Durchmesser von 2 nm verkleinert. Daraufhin wurde daraus
unter den gleichen Bedingungen wie vorstehend angegeben ein Magnetkopf erzeugt.
In ähnlicher Weise wurde eine unterliegende Schicht (eine unterliegende Schicht
A) mit einer Dicke von 30 nm auf einer unterliegenden Schicht (einer unterliegenden
Schicht B) mit einer Dicke von 100 nm mit Kristallkörnern mit einem Durchmesser
von 20 nm, die durch Hinzufügen von Stickstoff kleiner gemacht wurden, gebildet.
Im letztgenannten Fall wurde die Menge des zur unterliegenden Schicht A hinzugefügten
Stickstoffs allmählich bis zu der Menge für einen darauf zu bildenden
magnetischen Film verringert. Daraufhin wurde daraus unter den gleichen Bedingungen
wie vorstehend erwähnt ein Magnetkopf hergestellt.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 19 dargestellt.
Wie vorstehend beschrieben wurde, werden die Merkmale des Magnetkopfs
weiter verbessert, wenn der unterliegende Film innerhalb des bevorzugten Bereichs
der vorliegenden Erfindung liegt.
Als nächstes wurden die unterliegenden Schichten mit feinen Kristallkörnern
(Feinstruktur-Magnetfilm), die in Tabelle 17 dargestellt sind, 100 Stunden in 0,5
normales Salzwasser getaucht. Dabei korrodierten ein mit Stickstoff versehener Film
und ein mit Sauerstoff versehener Film mit kleinen Kristallkörnern von 5 nm
leicht. Die Proben der unterliegenden Schichten mit kleineren Kristallen mit kleineren
Kristallkörnern, die mit Elementen der Gruppe IIIb (Y), der Gruppe IVb (Hf)
und der Gruppe Vb (Nb) versehen waren, korrodierten jedoch überhaupt nicht.
Als nächstes wurde zum Erhalten einer optimalen Dicke des unterliegenden
Films ein Bruchverhältnis durch Ändern der Dicke der mit Stickstoff versehenen
unterliegenden Schicht von 1 auf 500 nm untersucht. Die Ergebnisse sind in Tabelle
20 dargestellt. Ebenso wie für die Bedingungen zum Erzeugen der mit Stickstoff
versehenen unterliegenden Schicht wurden die Bedingungen für einen durchschnittlichen
Kristalldurchmesser von 20 nm gewählt.
Die vorstehend beschriebenen Beispiele bestätigten, daß
eine bevorzugte Dicke für den Feinstruktur-Magnetfilm 10 nm oder mehr beträgt,
und daß eine bevorzugtere Dicke 300 nm oder mehr beträgt. In Beispiel
12 wurde Ferrit als Substrat verwendet, und es wurde ein magnetischer Körper
als Film verwendet. Der unterliegende Film mit kleineren Kristallkörnern gemäß
der vorliegenden Erfindung ist im wesentlichen insgesamt für einen Dünnfilm
wirksam, bei dem innere Spannungen vorhanden sind.
Wie vorstehend beschrieben wurde, ist beim magnetischen Dünnfilm
gemäß der vorstehenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
der Gesamtbetrag der Grenzflächenenergie je Volumeneinheit, verglichen mit
einem herkömmlichen Mikrokristallmaterial mit Kristallkörnern, die einen
geringen Durchmesser aufweisen, klein. Daher kann das Kornwachstum durch eine Wärmebehandlung
unterdrückt werden, und die weichmagnetische Eigenschaft kann in einem weiten
Temperaturbereich stabilisiert werden. Weiterhin ist der magnetische Film unmittelbar
nach der Bildung des Films kristallin. Demgemäß kann die magnetische Sättigungsflußdichte
hoch sein, und der magnetische Film kann unmittelbar nach der Bildung des Films
als ein Material für einen Kopf mit einer hohen magnetischen Sättigungsflußdichte
verwendet werden. Zusätzlich ermöglicht die geringe Größe des
Kristallkorns das Erhalten des magnetischen Films, der kaum infolge lokaler Zellen
korrodiert und eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit aufweist.
Weiterhin ist es gemäß der bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, bei der der unterliegende Film zwischen dem Substrat
und dem magnetischen Film eine Schicht mit kleinen Kristallkörnern aufweist,
weniger wahrscheinlich, daß der Film vom Substrat abgezogen wird, und es ist,
unabhängig vom Zustand oder von der Form der Oberfläche des Substrats
weniger wahrscheinlich, daß das Substrat reißt.
Die Erfindung kann auch in anderen Formen verwirklicht werden, ohne
von ihren wesentlichen Merkmalen abzuweichen. Die in dieser Anmeldung offenbarten
Ausführungsformen sind in allen Hinsichten als erläuternd und nicht als
einschränkend anzusehen, wobei der Schutzumfang der Erfindung durch die anliegenden
Ansprüche und nicht durch die vorstehende Beschreibung angegeben wird, und
es sollen darin alle Änderungen, die innerhalb der Bedeutung und des Äquivalenzbereichs
der Ansprüche liegen, eingeschlossen sein.