2024年4月26日发(作者：太叔雁芙)

(19)中华人民共和国国家知识产权局

(12)发明专利说明书

(21)申请号 CN97120643.0

(22)申请日 1997.09.09

(71)申请人 松下电器产业株式会社

地址 日本大阪府

(72)发明人 山西斉 青仓勇 小佐野浩一 井上靖 酒井典夫

(74)专利代理机构 中国专利代理(香港)有限公司

代理人 张志醒

(51)

G11B5/31

权利要求说明书 说明书 幅图

(10)申请公布号 CN 1180883 A

(43)申请公布日 1998.05.06

(54)发明名称

磁头及其制造方法

(57)摘要

一种磁头,包括铁氧体制成的后芯和

位于磁隙附近的磁合金膜,并具有一个由

TxMyNz表示的均匀组分,其中T是Fe或

Co;M是从由Nb、Zr、Ta、Hf、Cr、W和

Mo组成的族中选出的至少一种金属;N是

氮;x、y和z是原子百分比,保持在

65≤x≤94,5≤y≤25,0≤z≤20和x+y+z=100。磁

头包括氮浓度高于整个磁合金膜中所含的

氮浓度的氧扩散防止部分,氧扩散防止部分

被提供在与铁氧体芯交界面部分的磁合金

膜上。

法律状态

法律状态公告日

法律状态信息

法律状态

权 利 要 求 说 明 书

1.一种磁头，包括铁氧体制成的后芯(1)和位于磁隙(3)附近的磁合金膜(2)，并具有

一个由TxMyNz表示的平均成分，其中T是Fe或Co；M是从由Nb、Zr、Ta、Hf、

Cr、W和Mo组成的族中选出的至少一种金属；N是氮；x、y和z是原子百分比，

保持在65≤x≤94，5≤y≤25，0≤z≤20和x+y+z＝100，

磁头包括氮浓度高于整个磁合金膜中所含的氮浓度的氧扩散防止部分(5)，氧扩散

防止部分(5)被提供在与铁氧体芯(1)交界面部分的磁合金膜(2)上。

2.一种磁头，包括铁氧体制成的后芯(1)和位于磁隙(3)附近的磁合金膜(2)，并具有

一个由TxMyNz表示的平均成分，这里T是Co；M是从由Nb、Zr、Ta、Hf、Cr、

W和Mo组成的族中选出的至少一种金属；N是氮；x、y和z是原子百分比，保

持在65≤x≤85，10≤y≤25，0≤z≤15和x+y+z＝100，

磁头包括氮浓度高于整个磁合金膜中所含的氮浓度的氧扩散防止部分(5)，氧扩散

防止部分(5)被提供在与铁氧体芯(1)交界面部分的磁合金膜(2)上。

3.一种磁头，包括铁氧体制成的后芯(1)和位于磁隙(3)附近的磁合金膜(2)，并具有

一个由TxMyNz表示的平均成分，这里T是Fe；M是从由Nb、Zr、Ta、Hf、Cr、

W和Mo组成的族中选出的至少一种金属；N是氮；x、y和z是原子百分比，保

持在70≤x≤94，5≤y≤20，5≤z≤20和x+y+z＝100，

磁头包括氮浓度高于整个磁合金膜中所含的氮浓度的氧扩散防止部分(5)，氧扩散

防止部分(5)被提供在与铁氧体芯(1)交界面部分的磁合金膜(2)上。

4.一种磁头，包括铁氧体制成的后芯(1)和位于磁隙(3)附近的磁合金膜(2)，并具有

一个由TxMyNz表示的平均成分，这里T是Fe；M是Ta；N是氮；x、y和z是原

子百分比，保持在75≤x≤85，8≤y≤13，8≤z≤13和x+y+z＝100，

磁头包括氮浓度高于整个磁合金膜中所含的氮浓度的氧扩散防止部分(5)，氧扩散

防止部分(5)被提供在与铁氧体芯(1)交界面部分的磁合金膜(2)上。

5.根据权利要求1-4中的任一权利要求的磁头，其中被设置为不小于整个磁合金膜

中所含的氮的平均浓度的两倍且不大于整个磁合金膜中所含的氮的平均浓度的十倍

的较高氮浓度的氧扩散防止部分(5)被提供在与铁氧体芯(1)交界面部分的磁合金膜

(2)上。

6.根据权利要求1-5中的任一权利要求的磁头，其中氧扩散防止部分被提供在距铁

氧体芯(1)的表面0.03μm或更大的距离内的磁合金膜(2)上，其氮浓度被设置为不小

于整个磁合金膜中所含的氮的平均浓度的两倍且不大于整个磁合金膜中所含的氮的

平均浓度的十倍。

7.根据权利要求6的磁头，其中氧扩散防止部分被提供在距铁氧体芯(1)的表面

0.03μm到0.5μm的距离内的磁合金膜(2)上，其氮浓度被设置为不小于整个磁合金

膜中所含的氮的平均浓度的两倍且不大于整个磁合金膜中所含的氮的平均浓度的十

倍。

8.根据权利要求1-7中的任一权利要求的磁头，其中在铁氧体芯(1)和氧扩散防止部

分(5)之间的界面上形成不小于0.5nm且不大于10nm厚度的SiO₂或

Al₂O₃的氧扩散防止膜(6)。

9.一种用于制造根据权利要求1-8中的任一权利要求的磁头的方法，其中通过利用

氩和氮混合气的气体中的磁性靶(11)的活性喷涂，在铁氧体芯(1)上形成磁合金膜(2)，

所说的方法包括：

第一步，通过控制混合气中氮气的分压比不小于20％，形成最初厚度不小于

0.02μm且不大于0.1μm的部分磁合金膜；和

第二步，当氮气的分压比η由η＝P_N2/P_total×100(％)表示

时，其中P_N2是氮气的分压，P_total是喷涂压力，通过控制

氮气的分压比为5％或更小，形成磁合金膜的剩余部分。

10.一种根据权利要求9的用于制造磁头的方法，其中在第一步，通过控制混合气

中氮气的分压比不小于20％且不大于50％，形成最初厚度不小于0.02μm且不大

于0.1μm的部分磁合金膜。

11.一种根据权利要求9或10的用于制造磁头的方法，其中在第二步，当氮气的分

压比η由η＝P_N2/P_total×100(％)表示时，其中

P_N2是氮气的分压，P_total是喷涂压力，通过控制氮气的分

压比为5％或更小，形成厚度为3μm或更大的磁合金膜的剩余部分。

说 明 书

本发明涉及用于如磁带录象机等的磁记录/重放装置中的磁头及其制造方法。

目前，金属间磁头(以下简称“MIG磁头”)主要用作磁记录/重放装置，如磁带录象机

等中的磁头。MIG磁头在铁氧体磁头间隙附近具有高饱和磁通密度的磁合金膜，

如Fe-Si-Al、Fe-Ta-N等类似的膜。磁合金膜通过薄膜形成方法形成在铁氧体芯上，

如喷涂或类似的方式。因此，设计MIG磁头以提高记录特性，同时利用普通铁氧

体磁头中的重放特性。

图5A中示出了最简单结构的磁头作为前述MIG磁头的一个例子。在图5A中，标

号1-4代表：1磁芯；2磁合金膜；3 SiO₂或类似物形成的磁隙；以及

4芯粘结玻璃。

当Fe-Si-Al、Fe-Ta-N或类似合金用于上述结构的磁头的磁合金膜2时，铁氧体芯

1和磁合金膜2之间的界面部分受逆扩散的支配，特别是由于制造过程中的热处理，

铁氧体芯1中的氧向磁合金膜2的扩散，从而导致具有大大减小的磁导率的接近非

磁性层的产生。

图5B示出了通过在500℃热处理一个小时后扩散状态下的铁氧体芯和Fe-Ta-N合

金膜之间界面的俄歇(Auger)电子光谱获得的一个深度曲线。在图中仅选取选取了

Fe、N和O信号。进入磁Fe-Ta-N合金膜的氧扩散在图5B中是明显的。换句活说，

在具有平行于磁隙3(称为“平行MIG磁头”)的界面部分的结构的MIG磁头中，一

个不同于原始磁隙3的明显间隙(以下称为“伪隙”)在界面部分不利地形成，它破坏

磁头特性。虽然实际电平为1dB或更低，伪信号的电平接近于5-10dB。

为了解决上述问题，设计了如图6和7所示的结构的磁头并在目前投入实际应用。

图6的磁头通过把铁氧体芯1和磁合金膜2的界面部分倾斜到磁隙3，避免了伪隙。

即，即使在倾斜的界面部分产生明显的间隙，该间隙被倾斜到原始磁隙3，因此不

认为是上面讨论的伪隙。然而，在图6的结构中，由于磁合金膜2的倾斜，磁头轨

迹宽度变得难以控制，导致高成本和低生产率。

同时，在图7中的铁氧体芯1和磁合金膜2之间的磁头的界面部分被加工成波纹状，

从而在界面部分的潜在的伪隙明显地区别于原始的磁隙3。虽然在此装置中解决了

伪隙的问题，但是，一个在窄轨迹的情况下难以进行的额外的工作要求在波纹中处

理铁氧体芯1。

结构如图8A的一种磁头也被投入实际应用。图8A的磁头具有通过薄膜形成方法

如喷涂或类似的方法在图5A的简单MIG磁头的铁氧体芯1和磁合金膜2的界面部

分形成并插入的SiO₂、Al₂O₃等的扩散防止膜

6。虽然具体形成在图8A中的铁氧体芯1和磁合金膜2的界面部分的扩散防止膜6

是非磁性的，该非磁性层形成在接近10nm的如此小的厚度中，从而防止了逆扩散

并且伪隙被限制到不妨碍磁头的实际应用的程度。

图8B是根据俄歇(Auger)电子光谱获得的一个深度曲线，此俄歇(Auger)电子光谱从

在铁氧体芯和Fe-Ta-N合金膜之间的界面部分形成约7nm厚并在500℃热处理一个

小时的SiO₂扩散防止膜获得的。Fe、N、O和Si信号在图中单独被选

取。比在图5B中更为有效地防止了扩散。

然而，在具有上述扩散防止膜的磁头中，由于膜的形成状况，在扩散防止膜6的层

厚度、应力、粘附力或膜结构上的微小变化导致伪信号变化约2dB左右，从而影

响了稳定产品的生产。

因此本发明的目的在于提供一种磁头及其制造方法，从而防止了氧在铁氧体芯和磁

合金膜之间的界面部分的逆扩散，并且伪隙被稳定地减小到实际应用水平或更低，

同时保证了高生产率和低成本。

为了实现这些和其他的目的，根据本发明的第一方面，提供一种包括铁氧体和磁合

金膜制成的后芯的磁头，铁氧体和磁合金膜排列在磁隙附近并具有一个由TxMyNz

表示的平均组分，其中T是Fe或Co；M是从由Nb、Zr、Ta、Hf、Cr、W和Mo

组成的族中选出的至少一种金属；N是氮；x、y和z是原子百分比，保持在

65≤x≤94，5≤y≤25，0≤z≤20和x+y+z＝100，

磁头包括一个氮的浓度高于整个磁合金膜中所含的氮的浓度的氧扩散防止部分，该

氧扩散防止部分被提供在与铁氧体芯的交界面部分的磁合金膜上。

根据本发明的第二方而，提供一种包括铁氧体和磁合金膜制成的后芯的磁头，铁氧

体和磁合金膜排列在磁隙附近并具有一个由TxMyNz表示的平均组分，其中T是

Co；M是从由Nb、Zr、Ta、Hf、Cr、W和Mo组成的族中选出的至少一种金属；

N是氮；x、y和z是原子百分比，保持在65≤x≤85，10≤y≤25，0≤z≤15和x+y+z＝

100，

磁头包括一个氮的浓度高于整个磁合金膜中所含的氮的浓度的氧扩散防止部分，该

氧扩散防止部分被提供在与铁氧体芯的交界面部分的磁合金膜上。

根据本发明的第三方面，提供一种包括铁氧体和磁合金膜制成的后芯的磁头，铁氧

体和磁合金膜排列在磁隙附近并具有一个由TxMyNz表示的平均组分，其中T是

Fe；M是从由Nb、Zr、Ta、Hf、Cr、W和Mo组成的族中选出的至少一种金属；

N是氮；x、y和z是原子百分比，保持在70≤x≤94，5≤y≤20，5≤z≤20和x+y+z＝

100，

磁头包括一个氮的浓度高于整个磁合金膜中所含的氮的浓度的氧扩散防止部分，该

氧扩散防止部分被提供在与铁氧体芯的交界面部分的磁合金膜上。

根据本发明的第四方面，提供一种包括铁氧体和磁合金膜制成的后芯的磁头，铁氧

体和磁合金膜排列在磁隙中附近并具有一个由TxMyNz表示的平均组分，其中T

是Fe；M是Ta；N是氮；x、y和z是原子百分比，保持在75≤x≤85，8≤y≤13，

8≤z≤13和x+y+z＝100，

磁头包括一个氮的浓度高于整个磁合金膜中所含的氮的浓度的氧扩散防止部分，该

氧扩散防止部分设在与铁氧体芯交界部分的磁合金膜上。

根据本发明的第五方面，提供一种根据第一到第四的任一方面的磁头，其中较高氮

浓度的氧扩散防止部分被提供在与铁氧体芯的交界面部分的磁合金膜上，此较高氮

浓度设置为不小于整个磁合金膜中所含的氮的平均浓度的两倍，不大于整个磁合金

膜中所含的氮的平均浓度的10倍。

根据本发明的第六方面，提供一种根据第一到第五的任一方面的磁头，其中氧扩散

防止部分在离铁氧体芯的表面0.03μm或更大的距离内被提供在磁合金膜，氧扩散

防止部分具有较高氮浓度，其氮浓度被设置为不小于整个磁合金膜中所含的氮的平

均浓度的两倍，不大于整个磁合金膜中所含的氮的平均浓度的10倍。

根据本发明的第七方面，提供一种根据第六方面的磁头，其中氧扩散防止部分在离

铁氧体芯的表面0.03μm至0.5μm的距离内被提供在磁合金膜，氧扩散防止部分具

有设置为不小于整个磁合金膜中所含的氮的平均浓度的两倍，不大于整个磁合金膜

中所含的氮的平均浓度的10倍的较高氮浓度。

根据本发明的第八方面，提供一种根据第一到第七的任一方面的磁头，其中

SiO₂或Al₂O₃的氧扩散防止膜在铁氧体芯和氧

扩散防止部分之间的界面部分形成不小于0.5nm且不大于10nm的厚度。

根据本发明的第九方面，提供一种用于制造根据第一到第八的任一方面的磁头的方

法，其中磁合金膜通过结合氩和氮的混合气环境中磁性靶的使用的活性喷涂形成在

铁氧体芯上，

所说的方法包括：

第一步，通过控制混合气环境中的氮气的部分压力比不小于20％，形成最初厚度

不小于0.02μm且不大于0.1μm的磁合金膜；和

第二步，当氮气的部分压力比η由η＝P_N2/P_Total×100(％)

表示时，其中P_N2是氮气的部分压力，P_Total是喷涂压力，

通过控制氮气的部分压力比为5％或更小，形成磁合金膜的剩余部分。

根据本发明的第十方面，提供一种用于制造根据第九方面的磁头的方法，其中在第

一步，通过控制混合气环境中的氮气的部分压力比不小于20％、不大于50％，形

成最初厚度不小于0.02μm且不大于0.1μm的磁合金膜部分。

根据本发明的第十一方面，提供一种用于制造根据第九或第十方面的磁头的方法，

其中在第二步，当氮气的部分压力比η由η＝

P_N2/P_Total×100(％)表示时，其中P_N2是氮气

的部分压力，P_Total是喷涂压力，通过控制氮气的部分压力比为5％或

更小，形成磁合金膜的剩余部分。

根据本发明的磁头，为了解决伪隙，高氮浓度的氧扩散防止部分被提供在铁氧体芯

和磁合金膜的界面部分从而消除了使界面部分向磁隙倾斜或使界面部分起皱的必要

性。SiO₂或Al₂O₃的氧扩散防止膜在界面部分

不是必要的，但是在界面部分的氧的逆扩散被防止。伪隙被限制到实际应用水平，

换句话说，伪隙实际上被消除，甚至在磁隙平行于界面部分时也不产生伪隙。

由于磁头由通过形成高氮浓度的氧扩散防止部分到磁合金膜而获得的单一的磁合金

膜构成，因此磁头适于批量生产。无伪隙问题的平行MIG磁头以低成本稳定地生

产。

上述氧扩散防止部分由磁合金膜形成磁合金膜离开铁氧体芯表面至少0.03μm，最

好是0.5μm。此外，氧扩散部分的氮的浓度被设置为例如不小于整个磁合金膜的氮

的平均浓度的两倍且不大于整个磁合金膜的氮的平均浓度的十倍。因此，防止了具

有减小的磁导率的近似非磁性层在界面部分形成，可靠限制了伪隙的产生。

此外，当SiO₂或Al₂O₃的扩散防止膜在铁氧

体芯和磁合金膜的界面部分插人不小于0.5nm且不大于10nm厚时，进一步有利地

限制伪隙的产生。

根据本发明的磁头的制造方法，以相当简单的方式获得磁头，即，通过把喷涂期间

氮的浓度控制在两级。因此，能够以低成本高生产率稳定地批量生产磁头。

从下面参考附图结合优选实施例的描述，本发明的这些和其他的方面和特征将变得

清楚。在附图中：

图1A是根据本发明的第一实施例的磁头的前视图；

图2B是根据俄歇电子光谱，图1A的铁氧体芯和磁头的磁合金膜之间的一个界面

的深度曲线图；

图2是用于制造第一实施例的磁头的活性喷涂装置的结构的示意图；

图3是在第一实施例的制造方法中的喷涂期间Ar和N₂气的流率控制

方法的示意图；

图4A是根据本发明的第五实施例的磁头的前视图；

图4B是根据俄歇电子光谱，图4A的铁氧体芯和磁头的磁合金膜之间的一个界面

的深度曲线图；

图5A是一个普通磁头的前视图，具体地说，是一个平行MIG磁头；

图5B是根据俄歇电子光谱，图5A的铁氧体芯和磁头的磁合金膜之间的一个界面

的深度曲线图；

图6是一个不同的普通平行MIG磁头的前视图；

图7是另一个不同的普通平行MIG磁头的前视图；

图8A是再一个不同的普通平行MIG磁头的前视图；和

图8B是根据俄歇电子光谱，图8A的铁氧体芯和磁头的磁合金膜之间的一个界面

的深度曲线图；

在对本发明进行描述之前，需要声明的是在所有的附图中相同的部件标以相同的标

号。

下面将参照附图即图1-4详细描述根据本发明的优选实施例的磁头及其制造方法。

第一实施例

图1A是示出了根据本发明的第一实施例的MIG磁头的前视图。此MIG磁头的铁

氧体芯1和Fe-Ta-N合金膜之间的界面的扩散状态被分析并表示为根据俄歇电子光

谱的图1B的深度曲线。在图中仅选取了Fe、N和O信号。在图1A的磁头中，标

号1-5表示：1铁氧体芯；2磁合金膜；3 SiO₂等形成的磁隙；4芯粘

结玻璃；5高氮浓度的磁合金膜(氧扩散防止部分)。磁头包括铁氧体制成的后芯1

和安装在磁隙3附近的磁合金膜2，并且磁合金膜2具有由TxMyNz表示的均匀成

分，这里T是Fe或Co；M是从由Nb、Zr、Ta、Hf、Cr、W和Mo组成的族中选

出的至少一种金属；N是氮；x、y和z是原子百分比，保持在65≤x≤94，5≤y≤25，

0≤z≤20和x+y+z＝100。氮的浓度高于整个磁合金膜中所含的氮的浓度的氧扩散防

止部分(5)被提供在与铁氧体芯1的交界面部分的磁合金膜2上。在图1A的磁头中，

高氮浓度的氧扩散防止部分5由磁合金膜形成，最好是由膜厚度最好是0.03μm或

更大的磁合金膜形成，这是因为小于0.03μm厚度的膜不能显示出其效果，并且最

好是0.5μm或更小，与磁合金膜2的几个μm的厚度相比，更好的是，在第一实施

例中接近0.04μm。

从图1B显然可知，在第一实施例中，即使没有使用SiO₂、

Al₂O₃等扩散防止膜，在铁氧体芯1和磁合金膜2之间的

界面部分的氧扩散几乎完全被阻止。由于由离开铁氧体芯1的表面约0.5μm或以下

的磁合金膜制成的氧扩散防止部分5的氮的浓度被调节到不小于形成在铁氧体芯1

上的整个磁合金膜2的氮的平均浓度的两倍且不大于形成在铁氧体芯1上的整个磁

合金膜2的氮的平均浓度的十倍，它防止了具有减小的磁导率的几乎非磁性的膜在

界面部分形成，并避免了伪隙而不是SiO₂等的原始磁隙3。如上述构

成的MIG磁头的伪信号假定一个0.7db或更小的有利的特征。图1B中的深度曲线

在离铁氧体芯1的表面0.2μm的范围内获得。

在第一实施例中，要求x≤94和y≥5的条件以满足磁合金膜2的软磁特性。同时要

求x≥65和y≤25的条件以便磁合金膜2具有足够高的饱和磁通密度。为了抑制伪隙，

需要z＞0的条件。而且需要z≤20，从而不会太多地降低饱和磁通密度和增加磁合

金膜2的内部应力。

即使在界面部分平行于磁隙3时，第一实施例不仅防止了在铁氧体芯1和磁合金膜

2之间的界面部分的氧的逆扩散，还限制了伪隙。

第二实施例

通过形成钴系列的第一实施例的磁头获得根据本发明的第二实施例的磁头。根据第

二实施例，后芯1由铁氧体制成，磁合金膜2安装在磁隙3附近。磁合金膜2具有

由TxMyNz表示的均匀成分，这里T是Co；M是从由Nb、Zr、Ta、Hf、Cr、W

和Mo组成的族中选出的至少一种金属；N是氮；x、y和z是原子百分比，保持在

65≤x≤85，10≤y≤25，0≤z≤15和x+y+z＝100。氧扩散防止部分5由磁合金膜形成，

在磁合金膜2和铁氧体芯1的界面部分处，氧扩散防止部分5的氮的浓度被设置为

不低于整个磁合金膜中所含的氮的平均浓度的两倍且不高于整个磁合金膜中所含的

氮的浓度的十倍。

在第二实施例中，应当满足x≤85和10≤y，从而提供具有软磁特性的磁合金膜2。

磁合金膜2要求65≤x和y≤25的条件，以显示出足够高的饱和磁通密度。需要z＞

0来限制伪隙的产生，此外，为了不减少饱和磁通密度和不大幅度增加磁合金膜2

的内应力，要求z≤15。

根据第二实施例，在铁氧体芯1和磁合金膜2的界面部分的氧的逆扩散被有效地阻

止。此外，即使在界面部分平行于磁隙3的情况下，防止了伪隙的产生。

第三实施例

通过形成铁系列的第一实施例的磁头获得根据本发明的第三实施例的磁头。在第三

实施例中，磁头的后芯1由铁氧体制成，磁隙3附近的磁合金膜2具有TxMyNz的

均匀成分，其中T是Fe；M是从由Nb、Zr、Ta、Hf、Cr、W和Mo组成的族中选

出的至少一种金属；N是氮；x、y和z是原子百分比，保持在70≤x≤94，5≤y≤20，

5≤z≤20和x+y+z＝100。具有不低于整个磁合金膜中所含的氮的平均浓度的两倍且

不高于整个磁合金膜中所含的氮的平均浓度的十倍的氧浓度的磁合金膜的氧扩散防

止部分5被置于磁合金膜2和铁氧体芯1的界面部分。

在第三实施例中，应当满足x≤94和5≤y，从而使磁合金膜2具有软磁性。并且应

当满足70≤x和y≤20的状态，以实现磁合金膜2的足够高的饱和磁通密度。限制伪

隙的产生需要5≤z的条件，同时，为了不减少饱和磁通密度和不大幅度增加磁合金

膜2的内应力，要求z≤20。

即使在界面部分平行于磁隙3的情况下，第三实施例有效地阻止在铁氧体芯1和磁

合金膜2的界面部分的氧的逆扩散并限制了伪隙。

第四实施例

根据本发明的第四实施例的磁头使用Fe-Ta-N形成的第一实施例的磁头磁合金膜。

在第四实施例中，后芯1由铁氧体制成，磁合金膜2安装在磁隙3附近，其具有一

个TxMyNz的均匀成分，其中T是Fe；M是Ta；N是氮；x、y和z是原子百分比，

满足75≤x≤85，8≤y≤13，8≤z≤13和x+y+z＝100。在磁合金膜2和铁氧体芯1间的

界面部分有磁合金膜的氧扩散防止部分5，氧扩散防止部分5的氮的浓度被设置为

不低于整个磁合金膜中所含的氮的平均浓度的两倍，不高于整个磁合金膜中所含的

氮的浓度的十倍。

在第四实施例中，实现磁合金膜2的软磁特性要求x≤85和8≤y。为了使磁合金膜2

显示出足够高的饱和磁通密度，要求满足75≤x和y≤13。需要8≤z来限制伪隙。为

了不减少饱和磁通密度和不大幅度增加磁合金膜2的内应力，要求z≤13。

根据第四实施例，在铁氧体芯1和磁合金膜2的界面部分的氧的逆扩散被阻止，并

且，即使在界面部分平行于磁隙3的情况下，伪隙的产生被有利地防止。

一种用于制造具有第四实施例的Fe-Ta-N合金膜的磁头的方法将结合图2和3被描

述。用于形成磁合金膜的活性喷涂装置的示意性结构如图2所示。在喷涂期间Ar

和N₂气的流率以图3的方式被控制。如果靶材料、真空室内的压力、

氮气的分压比、喷涂时间等被合适地选择，该制造方法可应用于其它实施例。

在图2中，Fe-Ta靶11被安装于经一个绝缘材料12设置在真空室13内的喷涂电极

14。一个直流或交流喷涂电源15被连接到喷涂电极14。铁氧体芯16被安装在面

对喷涂电极14的位置并被基板夹持器17夹持，基板夹持器17具有一个利用冷水

等的基板冷却机构。挡板18被插入在喷涂电极14和基板夹持器17之间，从而防

止了预喷涂期间薄层形成于铁氧体芯16。包括真空泵19的真空放电系统经一个压

力调整阀门20安装在真空室13内。此外，Ar气源21和N₂气源22彼

此独立地分别连接到气体流率控制器23和24。

在如上述的活性喷涂装置中，真空室13首先被真空泵19造成10^-7乇

的真空。Ar气通过气体流率控制器23从Ar气源21导入真空室13。真空室13通

过压力调整阀门20保持在一个喷射压力，例如，接近10^-2至10^-

3乇。然后，由连接到喷涂电极14的喷射电源15向喷涂电极14提供负高压

或高频电压，在靶11附近产生等离子体，从而开始喷涂。此时挡板18关闭。在

10分钟左右的用于除去靶11表面的杂质的上述预喷涂之后，喷涂电源被设定，

N₂通过气体流率控制器24从N₂气源22引入真空室13。

通过使用压力调整阀门20，氮气的分压比保持在至少20％或更多，且最好是，50％

或更少。此时挡板18被打开。从而由于在放电气体中喷射现象与N起反应，Fe和

Ta从靶11喷出，从而在铁氧体芯16上形成Fe-Ta-N合金膜。如果分压比低于

20％，不足以防止扩散。如果多于50％，太高的氮浓度可能导致膜特性的丢失。

实际上在膜形成过程中的第一步中，如图3所示，打开挡板18之后，通过保持氮

气的分压比在20-50％并控制喷涂时间，用于防止逆扩散的高氮浓度的Fe-Ta-N合

金膜在铁氧体芯16上仅形成0.02μm-0.1μm的厚度。换句话说，一部分氧扩散防止

部分5在第一步中形成。在下面的第二步中，为了获得软磁特性和高饱和磁通密度，

氮气的分压比保持在5％或更少，例如，在3-5％，并控制喷涂时间。在此状态下

执行喷涂直到调整厚度的薄膜在铁氧体芯16上形成，从而产生氧扩散防止部分5

的其他部分，例如，由于1μm的厚度不能显示其特性，膜的厚度在3μm或以上，

作为数值的例子，更好的是9μm。根据等式η＝

P_N2/P_total×100(％)获得前述的氮气的分压比，在等式中，

P_N2是氮气的分压比，P_total是喷涂压力。

如上所述，用在第一实施例的MIG磁头中的高浓度磁合金膜的氧扩散防止部分5

以相当简单的方式制造，即，简单地通过在喷涂期间的两个步骤中控制氮的浓度。

第五实施例

在本发明的第五实施例中，在第1-4实施例的高氮浓度磁合金膜的氧扩散防止部分

5和铁氧体芯1之间的界面部分形成一个厚度不小于0.5nm且不大于10nm的

SiO₂或Al₂O₃的氧扩散防止膜6。如果扩散防

止膜6薄于0.5nm，其功能不符合要求。另一方面，如果非磁性的SiO₂

或Al₂O₃厚度超过10nm，扩散防止膜6变得太厚，其本

身会导致伪隙。

图4A示出了根据第五实施例的MIG磁头的前视图。图4B根据俄歇电子光谱以深

度曲线的形式分析图4A的铁氧体芯和MIG磁头的Fe-Ta-N合金膜之间的一个界面

的扩散状态的结果。在图中仅选取了Fe、N，O和Si信号。

在图4A所示的MIG磁头中，参数1-6分别表示铁氧体芯、磁合金膜、

SiO₂等的磁隙、芯粘结玻璃、高氮浓度的磁合金膜形成的氧扩散防止

部分、和通过薄膜形成方法如喷涂等方式形成的上述SiO₂或

Al₂O₃的扩散防止膜。高氮浓度磁合金膜的氧扩散防止部

分5的厚度不大于0.5μm，磁合金膜2的厚度为几个μm。具体地，根据第五实施

例，氧扩散防止部分5形成约0.04μm厚。插入的SiO₂约7nm，作为

铁氧体芯1和Fe-Ta-N膜2的界面部分的扩散防止膜6，更有效地防止界面部分的

逆扩散，从而限制了伪隙的产生。

从图4B可知，在第五实施例中，防止了磁导率降低的近似非磁性的层在界面部分

形成，而且由于扩散防止膜，更有效地限制了伪隙的形成，这是因为距铁氧体芯1

的表面0.5μm左右的氧扩散防止部分5的氮浓度被调节到不小于整个磁合金膜的氮

平均浓度的两倍且不大于整个磁合金膜的氮平均浓度的十倍，并还使用了厚度不小

于0.5nm且不大于10nm的SiO₂或Al₂O₃形成

的扩散防止膜。上述结构中的MIG磁头的伪信号显示出0.7db或更小的有利的特

性。图4B示出了距铁氧体芯1的表面0.2μm范围内的深度曲线。

在上述任一实施例中，高氮浓度磁合金膜的氧扩散防止部分5位于距铁氧体芯1的

表面0.5μm内的磁合金膜2。此外，磁合金膜2的氧扩散防止部分5的氮浓度最好

调整在不小于包括氧扩散防止部分5的整个磁合金膜的氮浓度的两倍且不大于包括

氧扩散防止部分5的整个磁合金膜的氮浓度的十倍。如果氧扩散防止部分5距铁氧

体芯1表面的距离超过0.5μm，高氮浓度的区域充满整个磁合金膜，过大地增加了

整个磁合金膜的氮浓度，从而可能破坏磁性能。因此，氧扩散防止部分5最好距铁

氧体芯1的表面0.5μm或更小。氧扩散防止部分5的氮浓度被设置为不小于平均氮

浓度的两倍且不大于平均氮浓度的十倍，这是因为如果氧扩散防止部分5的氮浓度

小于平均浓度的两倍，不足以发挥扩散防止功能，而如果氧扩散防止部分5的氮浓

度超过平均浓度的十倍，磁性能被削弱。

根据上述每一个实施例，高氮浓度磁合金膜的氧扩散防止部分5形成在MIG磁头

的铁氧体芯1和磁合金膜2之间的界面部分。因而，即使在界面部分平行于磁隙时，

铁氧体芯1和磁合金膜2之间的界面部分的氧的逆扩散被控制，限制了伪隙的产生。

此外，由于磁头由单个的磁合金膜形成，通过在磁合金膜2形成高氮浓度的磁合金

膜的氧扩散防止部分5而获得此单个的磁合金膜，本发明的平行MIG磁头适合低

成本稳定地批量生产，无须考虑磁隙。

1996，9，9的日本专利8-237718的整个公开，包括说明书、权利要求、附图和摘

要，在这里全部被引用作为参考。

虽然已经参考附图，结合其优选实施例全部描述了本发明，仍需注意的是对本领域

的技术人员来说各种变形和修改是显而易见的。可以理解，这些变形和修改包括在

由所附权利要求限定的本发明的范围内，除非它们脱离本发明的范围。

2024年4月26日发(作者：太叔雁芙)

(19)中华人民共和国国家知识产权局

(12)发明专利说明书

(21)申请号 CN97120643.0

(22)申请日 1997.09.09

(71)申请人 松下电器产业株式会社

地址 日本大阪府

(72)发明人 山西斉 青仓勇 小佐野浩一 井上靖 酒井典夫

(74)专利代理机构 中国专利代理(香港)有限公司

代理人 张志醒

(51)

G11B5/31

权利要求说明书 说明书 幅图

(10)申请公布号 CN 1180883 A

(43)申请公布日 1998.05.06

(54)发明名称

磁头及其制造方法

(57)摘要

一种磁头,包括铁氧体制成的后芯和

位于磁隙附近的磁合金膜,并具有一个由

TxMyNz表示的均匀组分,其中T是Fe或

Co;M是从由Nb、Zr、Ta、Hf、Cr、W和

Mo组成的族中选出的至少一种金属;N是

氮;x、y和z是原子百分比,保持在

65≤x≤94,5≤y≤25,0≤z≤20和x+y+z=100。磁

头包括氮浓度高于整个磁合金膜中所含的

氮浓度的氧扩散防止部分,氧扩散防止部分

被提供在与铁氧体芯交界面部分的磁合金

膜上。

法律状态

法律状态公告日

法律状态信息

法律状态

权 利 要 求 说 明 书

1.一种磁头，包括铁氧体制成的后芯(1)和位于磁隙(3)附近的磁合金膜(2)，并具有

一个由TxMyNz表示的平均成分，其中T是Fe或Co；M是从由Nb、Zr、Ta、Hf、

Cr、W和Mo组成的族中选出的至少一种金属；N是氮；x、y和z是原子百分比，

保持在65≤x≤94，5≤y≤25，0≤z≤20和x+y+z＝100，

磁头包括氮浓度高于整个磁合金膜中所含的氮浓度的氧扩散防止部分(5)，氧扩散

防止部分(5)被提供在与铁氧体芯(1)交界面部分的磁合金膜(2)上。

2.一种磁头，包括铁氧体制成的后芯(1)和位于磁隙(3)附近的磁合金膜(2)，并具有

一个由TxMyNz表示的平均成分，这里T是Co；M是从由Nb、Zr、Ta、Hf、Cr、

W和Mo组成的族中选出的至少一种金属；N是氮；x、y和z是原子百分比，保

持在65≤x≤85，10≤y≤25，0≤z≤15和x+y+z＝100，

磁头包括氮浓度高于整个磁合金膜中所含的氮浓度的氧扩散防止部分(5)，氧扩散

防止部分(5)被提供在与铁氧体芯(1)交界面部分的磁合金膜(2)上。

3.一种磁头，包括铁氧体制成的后芯(1)和位于磁隙(3)附近的磁合金膜(2)，并具有

一个由TxMyNz表示的平均成分，这里T是Fe；M是从由Nb、Zr、Ta、Hf、Cr、

W和Mo组成的族中选出的至少一种金属；N是氮；x、y和z是原子百分比，保

持在70≤x≤94，5≤y≤20，5≤z≤20和x+y+z＝100，

磁头包括氮浓度高于整个磁合金膜中所含的氮浓度的氧扩散防止部分(5)，氧扩散

防止部分(5)被提供在与铁氧体芯(1)交界面部分的磁合金膜(2)上。

4.一种磁头，包括铁氧体制成的后芯(1)和位于磁隙(3)附近的磁合金膜(2)，并具有

一个由TxMyNz表示的平均成分，这里T是Fe；M是Ta；N是氮；x、y和z是原

子百分比，保持在75≤x≤85，8≤y≤13，8≤z≤13和x+y+z＝100，

磁头包括氮浓度高于整个磁合金膜中所含的氮浓度的氧扩散防止部分(5)，氧扩散

防止部分(5)被提供在与铁氧体芯(1)交界面部分的磁合金膜(2)上。

5.根据权利要求1-4中的任一权利要求的磁头，其中被设置为不小于整个磁合金膜

中所含的氮的平均浓度的两倍且不大于整个磁合金膜中所含的氮的平均浓度的十倍

的较高氮浓度的氧扩散防止部分(5)被提供在与铁氧体芯(1)交界面部分的磁合金膜

(2)上。

6.根据权利要求1-5中的任一权利要求的磁头，其中氧扩散防止部分被提供在距铁

氧体芯(1)的表面0.03μm或更大的距离内的磁合金膜(2)上，其氮浓度被设置为不小

于整个磁合金膜中所含的氮的平均浓度的两倍且不大于整个磁合金膜中所含的氮的

平均浓度的十倍。

7.根据权利要求6的磁头，其中氧扩散防止部分被提供在距铁氧体芯(1)的表面

0.03μm到0.5μm的距离内的磁合金膜(2)上，其氮浓度被设置为不小于整个磁合金

膜中所含的氮的平均浓度的两倍且不大于整个磁合金膜中所含的氮的平均浓度的十

倍。

8.根据权利要求1-7中的任一权利要求的磁头，其中在铁氧体芯(1)和氧扩散防止部

分(5)之间的界面上形成不小于0.5nm且不大于10nm厚度的SiO₂或

Al₂O₃的氧扩散防止膜(6)。

9.一种用于制造根据权利要求1-8中的任一权利要求的磁头的方法，其中通过利用

氩和氮混合气的气体中的磁性靶(11)的活性喷涂，在铁氧体芯(1)上形成磁合金膜(2)，

所说的方法包括：

第一步，通过控制混合气中氮气的分压比不小于20％，形成最初厚度不小于

0.02μm且不大于0.1μm的部分磁合金膜；和

第二步，当氮气的分压比η由η＝P_N2/P_total×100(％)表示

时，其中P_N2是氮气的分压，P_total是喷涂压力，通过控制

氮气的分压比为5％或更小，形成磁合金膜的剩余部分。

10.一种根据权利要求9的用于制造磁头的方法，其中在第一步，通过控制混合气

中氮气的分压比不小于20％且不大于50％，形成最初厚度不小于0.02μm且不大

于0.1μm的部分磁合金膜。

11.一种根据权利要求9或10的用于制造磁头的方法，其中在第二步，当氮气的分

压比η由η＝P_N2/P_total×100(％)表示时，其中

P_N2是氮气的分压，P_total是喷涂压力，通过控制氮气的分

压比为5％或更小，形成厚度为3μm或更大的磁合金膜的剩余部分。

说 明 书

本发明涉及用于如磁带录象机等的磁记录/重放装置中的磁头及其制造方法。

目前，金属间磁头(以下简称“MIG磁头”)主要用作磁记录/重放装置，如磁带录象机

等中的磁头。MIG磁头在铁氧体磁头间隙附近具有高饱和磁通密度的磁合金膜，

如Fe-Si-Al、Fe-Ta-N等类似的膜。磁合金膜通过薄膜形成方法形成在铁氧体芯上，

如喷涂或类似的方式。因此，设计MIG磁头以提高记录特性，同时利用普通铁氧

体磁头中的重放特性。

图5A中示出了最简单结构的磁头作为前述MIG磁头的一个例子。在图5A中，标

号1-4代表：1磁芯；2磁合金膜；3 SiO₂或类似物形成的磁隙；以及

4芯粘结玻璃。

当Fe-Si-Al、Fe-Ta-N或类似合金用于上述结构的磁头的磁合金膜2时，铁氧体芯

1和磁合金膜2之间的界面部分受逆扩散的支配，特别是由于制造过程中的热处理，

铁氧体芯1中的氧向磁合金膜2的扩散，从而导致具有大大减小的磁导率的接近非

磁性层的产生。

图5B示出了通过在500℃热处理一个小时后扩散状态下的铁氧体芯和Fe-Ta-N合

金膜之间界面的俄歇(Auger)电子光谱获得的一个深度曲线。在图中仅选取选取了

Fe、N和O信号。进入磁Fe-Ta-N合金膜的氧扩散在图5B中是明显的。换句活说，

在具有平行于磁隙3(称为“平行MIG磁头”)的界面部分的结构的MIG磁头中，一

个不同于原始磁隙3的明显间隙(以下称为“伪隙”)在界面部分不利地形成，它破坏

磁头特性。虽然实际电平为1dB或更低，伪信号的电平接近于5-10dB。

为了解决上述问题，设计了如图6和7所示的结构的磁头并在目前投入实际应用。

图6的磁头通过把铁氧体芯1和磁合金膜2的界面部分倾斜到磁隙3，避免了伪隙。

即，即使在倾斜的界面部分产生明显的间隙，该间隙被倾斜到原始磁隙3，因此不

认为是上面讨论的伪隙。然而，在图6的结构中，由于磁合金膜2的倾斜，磁头轨

迹宽度变得难以控制，导致高成本和低生产率。

同时，在图7中的铁氧体芯1和磁合金膜2之间的磁头的界面部分被加工成波纹状，

从而在界面部分的潜在的伪隙明显地区别于原始的磁隙3。虽然在此装置中解决了

伪隙的问题，但是，一个在窄轨迹的情况下难以进行的额外的工作要求在波纹中处

理铁氧体芯1。

结构如图8A的一种磁头也被投入实际应用。图8A的磁头具有通过薄膜形成方法

如喷涂或类似的方法在图5A的简单MIG磁头的铁氧体芯1和磁合金膜2的界面部

分形成并插入的SiO₂、Al₂O₃等的扩散防止膜

6。虽然具体形成在图8A中的铁氧体芯1和磁合金膜2的界面部分的扩散防止膜6

是非磁性的，该非磁性层形成在接近10nm的如此小的厚度中，从而防止了逆扩散

并且伪隙被限制到不妨碍磁头的实际应用的程度。

图8B是根据俄歇(Auger)电子光谱获得的一个深度曲线，此俄歇(Auger)电子光谱从

在铁氧体芯和Fe-Ta-N合金膜之间的界面部分形成约7nm厚并在500℃热处理一个

小时的SiO₂扩散防止膜获得的。Fe、N、O和Si信号在图中单独被选

取。比在图5B中更为有效地防止了扩散。

然而，在具有上述扩散防止膜的磁头中，由于膜的形成状况，在扩散防止膜6的层

厚度、应力、粘附力或膜结构上的微小变化导致伪信号变化约2dB左右，从而影

响了稳定产品的生产。

因此本发明的目的在于提供一种磁头及其制造方法，从而防止了氧在铁氧体芯和磁

合金膜之间的界面部分的逆扩散，并且伪隙被稳定地减小到实际应用水平或更低，

同时保证了高生产率和低成本。

为了实现这些和其他的目的，根据本发明的第一方面，提供一种包括铁氧体和磁合

金膜制成的后芯的磁头，铁氧体和磁合金膜排列在磁隙附近并具有一个由TxMyNz

表示的平均组分，其中T是Fe或Co；M是从由Nb、Zr、Ta、Hf、Cr、W和Mo

组成的族中选出的至少一种金属；N是氮；x、y和z是原子百分比，保持在

65≤x≤94，5≤y≤25，0≤z≤20和x+y+z＝100，

磁头包括一个氮的浓度高于整个磁合金膜中所含的氮的浓度的氧扩散防止部分，该

氧扩散防止部分被提供在与铁氧体芯的交界面部分的磁合金膜上。

根据本发明的第二方而，提供一种包括铁氧体和磁合金膜制成的后芯的磁头，铁氧

体和磁合金膜排列在磁隙附近并具有一个由TxMyNz表示的平均组分，其中T是

Co；M是从由Nb、Zr、Ta、Hf、Cr、W和Mo组成的族中选出的至少一种金属；

N是氮；x、y和z是原子百分比，保持在65≤x≤85，10≤y≤25，0≤z≤15和x+y+z＝

100，

磁头包括一个氮的浓度高于整个磁合金膜中所含的氮的浓度的氧扩散防止部分，该

氧扩散防止部分被提供在与铁氧体芯的交界面部分的磁合金膜上。

根据本发明的第三方面，提供一种包括铁氧体和磁合金膜制成的后芯的磁头，铁氧

体和磁合金膜排列在磁隙附近并具有一个由TxMyNz表示的平均组分，其中T是

Fe；M是从由Nb、Zr、Ta、Hf、Cr、W和Mo组成的族中选出的至少一种金属；

N是氮；x、y和z是原子百分比，保持在70≤x≤94，5≤y≤20，5≤z≤20和x+y+z＝

100，

磁头包括一个氮的浓度高于整个磁合金膜中所含的氮的浓度的氧扩散防止部分，该

氧扩散防止部分被提供在与铁氧体芯的交界面部分的磁合金膜上。

根据本发明的第四方面，提供一种包括铁氧体和磁合金膜制成的后芯的磁头，铁氧

体和磁合金膜排列在磁隙中附近并具有一个由TxMyNz表示的平均组分，其中T

是Fe；M是Ta；N是氮；x、y和z是原子百分比，保持在75≤x≤85，8≤y≤13，

8≤z≤13和x+y+z＝100，

磁头包括一个氮的浓度高于整个磁合金膜中所含的氮的浓度的氧扩散防止部分，该

氧扩散防止部分设在与铁氧体芯交界部分的磁合金膜上。

根据本发明的第五方面，提供一种根据第一到第四的任一方面的磁头，其中较高氮

浓度的氧扩散防止部分被提供在与铁氧体芯的交界面部分的磁合金膜上，此较高氮

浓度设置为不小于整个磁合金膜中所含的氮的平均浓度的两倍，不大于整个磁合金

膜中所含的氮的平均浓度的10倍。

根据本发明的第六方面，提供一种根据第一到第五的任一方面的磁头，其中氧扩散

防止部分在离铁氧体芯的表面0.03μm或更大的距离内被提供在磁合金膜，氧扩散

防止部分具有较高氮浓度，其氮浓度被设置为不小于整个磁合金膜中所含的氮的平

均浓度的两倍，不大于整个磁合金膜中所含的氮的平均浓度的10倍。

根据本发明的第七方面，提供一种根据第六方面的磁头，其中氧扩散防止部分在离

铁氧体芯的表面0.03μm至0.5μm的距离内被提供在磁合金膜，氧扩散防止部分具

有设置为不小于整个磁合金膜中所含的氮的平均浓度的两倍，不大于整个磁合金膜

中所含的氮的平均浓度的10倍的较高氮浓度。

根据本发明的第八方面，提供一种根据第一到第七的任一方面的磁头，其中

SiO₂或Al₂O₃的氧扩散防止膜在铁氧体芯和氧

扩散防止部分之间的界面部分形成不小于0.5nm且不大于10nm的厚度。

根据本发明的第九方面，提供一种用于制造根据第一到第八的任一方面的磁头的方

法，其中磁合金膜通过结合氩和氮的混合气环境中磁性靶的使用的活性喷涂形成在

铁氧体芯上，

所说的方法包括：

第一步，通过控制混合气环境中的氮气的部分压力比不小于20％，形成最初厚度

不小于0.02μm且不大于0.1μm的磁合金膜；和

第二步，当氮气的部分压力比η由η＝P_N2/P_Total×100(％)

表示时，其中P_N2是氮气的部分压力，P_Total是喷涂压力，

通过控制氮气的部分压力比为5％或更小，形成磁合金膜的剩余部分。

根据本发明的第十方面，提供一种用于制造根据第九方面的磁头的方法，其中在第

一步，通过控制混合气环境中的氮气的部分压力比不小于20％、不大于50％，形

成最初厚度不小于0.02μm且不大于0.1μm的磁合金膜部分。

根据本发明的第十一方面，提供一种用于制造根据第九或第十方面的磁头的方法，

其中在第二步，当氮气的部分压力比η由η＝

P_N2/P_Total×100(％)表示时，其中P_N2是氮气

的部分压力，P_Total是喷涂压力，通过控制氮气的部分压力比为5％或

更小，形成磁合金膜的剩余部分。

根据本发明的磁头，为了解决伪隙，高氮浓度的氧扩散防止部分被提供在铁氧体芯

和磁合金膜的界面部分从而消除了使界面部分向磁隙倾斜或使界面部分起皱的必要

性。SiO₂或Al₂O₃的氧扩散防止膜在界面部分

不是必要的，但是在界面部分的氧的逆扩散被防止。伪隙被限制到实际应用水平，

换句话说，伪隙实际上被消除，甚至在磁隙平行于界面部分时也不产生伪隙。

由于磁头由通过形成高氮浓度的氧扩散防止部分到磁合金膜而获得的单一的磁合金

膜构成，因此磁头适于批量生产。无伪隙问题的平行MIG磁头以低成本稳定地生

产。

上述氧扩散防止部分由磁合金膜形成磁合金膜离开铁氧体芯表面至少0.03μm，最

好是0.5μm。此外，氧扩散部分的氮的浓度被设置为例如不小于整个磁合金膜的氮

的平均浓度的两倍且不大于整个磁合金膜的氮的平均浓度的十倍。因此，防止了具

有减小的磁导率的近似非磁性层在界面部分形成，可靠限制了伪隙的产生。

此外，当SiO₂或Al₂O₃的扩散防止膜在铁氧

体芯和磁合金膜的界面部分插人不小于0.5nm且不大于10nm厚时，进一步有利地

限制伪隙的产生。

根据本发明的磁头的制造方法，以相当简单的方式获得磁头，即，通过把喷涂期间

氮的浓度控制在两级。因此，能够以低成本高生产率稳定地批量生产磁头。

从下面参考附图结合优选实施例的描述，本发明的这些和其他的方面和特征将变得

清楚。在附图中：

图1A是根据本发明的第一实施例的磁头的前视图；

图2B是根据俄歇电子光谱，图1A的铁氧体芯和磁头的磁合金膜之间的一个界面

的深度曲线图；

图2是用于制造第一实施例的磁头的活性喷涂装置的结构的示意图；

图3是在第一实施例的制造方法中的喷涂期间Ar和N₂气的流率控制

方法的示意图；

图4A是根据本发明的第五实施例的磁头的前视图；

图4B是根据俄歇电子光谱，图4A的铁氧体芯和磁头的磁合金膜之间的一个界面

的深度曲线图；

图5A是一个普通磁头的前视图，具体地说，是一个平行MIG磁头；

图5B是根据俄歇电子光谱，图5A的铁氧体芯和磁头的磁合金膜之间的一个界面

的深度曲线图；

图6是一个不同的普通平行MIG磁头的前视图；

图7是另一个不同的普通平行MIG磁头的前视图；

图8A是再一个不同的普通平行MIG磁头的前视图；和

图8B是根据俄歇电子光谱，图8A的铁氧体芯和磁头的磁合金膜之间的一个界面

的深度曲线图；

在对本发明进行描述之前，需要声明的是在所有的附图中相同的部件标以相同的标

号。

下面将参照附图即图1-4详细描述根据本发明的优选实施例的磁头及其制造方法。

第一实施例

图1A是示出了根据本发明的第一实施例的MIG磁头的前视图。此MIG磁头的铁

氧体芯1和Fe-Ta-N合金膜之间的界面的扩散状态被分析并表示为根据俄歇电子光

谱的图1B的深度曲线。在图中仅选取了Fe、N和O信号。在图1A的磁头中，标

号1-5表示：1铁氧体芯；2磁合金膜；3 SiO₂等形成的磁隙；4芯粘

结玻璃；5高氮浓度的磁合金膜(氧扩散防止部分)。磁头包括铁氧体制成的后芯1

和安装在磁隙3附近的磁合金膜2，并且磁合金膜2具有由TxMyNz表示的均匀成

分，这里T是Fe或Co；M是从由Nb、Zr、Ta、Hf、Cr、W和Mo组成的族中选

出的至少一种金属；N是氮；x、y和z是原子百分比，保持在65≤x≤94，5≤y≤25，

0≤z≤20和x+y+z＝100。氮的浓度高于整个磁合金膜中所含的氮的浓度的氧扩散防

止部分(5)被提供在与铁氧体芯1的交界面部分的磁合金膜2上。在图1A的磁头中，

高氮浓度的氧扩散防止部分5由磁合金膜形成，最好是由膜厚度最好是0.03μm或

更大的磁合金膜形成，这是因为小于0.03μm厚度的膜不能显示出其效果，并且最

好是0.5μm或更小，与磁合金膜2的几个μm的厚度相比，更好的是，在第一实施

例中接近0.04μm。

从图1B显然可知，在第一实施例中，即使没有使用SiO₂、

Al₂O₃等扩散防止膜，在铁氧体芯1和磁合金膜2之间的

界面部分的氧扩散几乎完全被阻止。由于由离开铁氧体芯1的表面约0.5μm或以下

的磁合金膜制成的氧扩散防止部分5的氮的浓度被调节到不小于形成在铁氧体芯1

上的整个磁合金膜2的氮的平均浓度的两倍且不大于形成在铁氧体芯1上的整个磁

合金膜2的氮的平均浓度的十倍，它防止了具有减小的磁导率的几乎非磁性的膜在

界面部分形成，并避免了伪隙而不是SiO₂等的原始磁隙3。如上述构

成的MIG磁头的伪信号假定一个0.7db或更小的有利的特征。图1B中的深度曲线

在离铁氧体芯1的表面0.2μm的范围内获得。

在第一实施例中，要求x≤94和y≥5的条件以满足磁合金膜2的软磁特性。同时要

求x≥65和y≤25的条件以便磁合金膜2具有足够高的饱和磁通密度。为了抑制伪隙，

需要z＞0的条件。而且需要z≤20，从而不会太多地降低饱和磁通密度和增加磁合

金膜2的内部应力。

即使在界面部分平行于磁隙3时，第一实施例不仅防止了在铁氧体芯1和磁合金膜

2之间的界面部分的氧的逆扩散，还限制了伪隙。

第二实施例

通过形成钴系列的第一实施例的磁头获得根据本发明的第二实施例的磁头。根据第

二实施例，后芯1由铁氧体制成，磁合金膜2安装在磁隙3附近。磁合金膜2具有

由TxMyNz表示的均匀成分，这里T是Co；M是从由Nb、Zr、Ta、Hf、Cr、W

和Mo组成的族中选出的至少一种金属；N是氮；x、y和z是原子百分比，保持在

65≤x≤85，10≤y≤25，0≤z≤15和x+y+z＝100。氧扩散防止部分5由磁合金膜形成，

在磁合金膜2和铁氧体芯1的界面部分处，氧扩散防止部分5的氮的浓度被设置为

不低于整个磁合金膜中所含的氮的平均浓度的两倍且不高于整个磁合金膜中所含的

氮的浓度的十倍。

在第二实施例中，应当满足x≤85和10≤y，从而提供具有软磁特性的磁合金膜2。

磁合金膜2要求65≤x和y≤25的条件，以显示出足够高的饱和磁通密度。需要z＞

0来限制伪隙的产生，此外，为了不减少饱和磁通密度和不大幅度增加磁合金膜2

的内应力，要求z≤15。

根据第二实施例，在铁氧体芯1和磁合金膜2的界面部分的氧的逆扩散被有效地阻

止。此外，即使在界面部分平行于磁隙3的情况下，防止了伪隙的产生。

第三实施例

通过形成铁系列的第一实施例的磁头获得根据本发明的第三实施例的磁头。在第三

实施例中，磁头的后芯1由铁氧体制成，磁隙3附近的磁合金膜2具有TxMyNz的

均匀成分，其中T是Fe；M是从由Nb、Zr、Ta、Hf、Cr、W和Mo组成的族中选

出的至少一种金属；N是氮；x、y和z是原子百分比，保持在70≤x≤94，5≤y≤20，

5≤z≤20和x+y+z＝100。具有不低于整个磁合金膜中所含的氮的平均浓度的两倍且

不高于整个磁合金膜中所含的氮的平均浓度的十倍的氧浓度的磁合金膜的氧扩散防

止部分5被置于磁合金膜2和铁氧体芯1的界面部分。

在第三实施例中，应当满足x≤94和5≤y，从而使磁合金膜2具有软磁性。并且应

当满足70≤x和y≤20的状态，以实现磁合金膜2的足够高的饱和磁通密度。限制伪

隙的产生需要5≤z的条件，同时，为了不减少饱和磁通密度和不大幅度增加磁合金

膜2的内应力，要求z≤20。

即使在界面部分平行于磁隙3的情况下，第三实施例有效地阻止在铁氧体芯1和磁

合金膜2的界面部分的氧的逆扩散并限制了伪隙。

第四实施例

根据本发明的第四实施例的磁头使用Fe-Ta-N形成的第一实施例的磁头磁合金膜。

在第四实施例中，后芯1由铁氧体制成，磁合金膜2安装在磁隙3附近，其具有一

个TxMyNz的均匀成分，其中T是Fe；M是Ta；N是氮；x、y和z是原子百分比，

满足75≤x≤85，8≤y≤13，8≤z≤13和x+y+z＝100。在磁合金膜2和铁氧体芯1间的

界面部分有磁合金膜的氧扩散防止部分5，氧扩散防止部分5的氮的浓度被设置为

不低于整个磁合金膜中所含的氮的平均浓度的两倍，不高于整个磁合金膜中所含的

氮的浓度的十倍。

在第四实施例中，实现磁合金膜2的软磁特性要求x≤85和8≤y。为了使磁合金膜2

显示出足够高的饱和磁通密度，要求满足75≤x和y≤13。需要8≤z来限制伪隙。为

了不减少饱和磁通密度和不大幅度增加磁合金膜2的内应力，要求z≤13。

根据第四实施例，在铁氧体芯1和磁合金膜2的界面部分的氧的逆扩散被阻止，并

且，即使在界面部分平行于磁隙3的情况下，伪隙的产生被有利地防止。

一种用于制造具有第四实施例的Fe-Ta-N合金膜的磁头的方法将结合图2和3被描

述。用于形成磁合金膜的活性喷涂装置的示意性结构如图2所示。在喷涂期间Ar

和N₂气的流率以图3的方式被控制。如果靶材料、真空室内的压力、

氮气的分压比、喷涂时间等被合适地选择，该制造方法可应用于其它实施例。

在图2中，Fe-Ta靶11被安装于经一个绝缘材料12设置在真空室13内的喷涂电极

14。一个直流或交流喷涂电源15被连接到喷涂电极14。铁氧体芯16被安装在面

对喷涂电极14的位置并被基板夹持器17夹持，基板夹持器17具有一个利用冷水

等的基板冷却机构。挡板18被插入在喷涂电极14和基板夹持器17之间，从而防

止了预喷涂期间薄层形成于铁氧体芯16。包括真空泵19的真空放电系统经一个压

力调整阀门20安装在真空室13内。此外，Ar气源21和N₂气源22彼

此独立地分别连接到气体流率控制器23和24。

在如上述的活性喷涂装置中，真空室13首先被真空泵19造成10^-7乇

的真空。Ar气通过气体流率控制器23从Ar气源21导入真空室13。真空室13通

过压力调整阀门20保持在一个喷射压力，例如，接近10^-2至10^-

3乇。然后，由连接到喷涂电极14的喷射电源15向喷涂电极14提供负高压

或高频电压，在靶11附近产生等离子体，从而开始喷涂。此时挡板18关闭。在

10分钟左右的用于除去靶11表面的杂质的上述预喷涂之后，喷涂电源被设定，

N₂通过气体流率控制器24从N₂气源22引入真空室13。

通过使用压力调整阀门20，氮气的分压比保持在至少20％或更多，且最好是，50％

或更少。此时挡板18被打开。从而由于在放电气体中喷射现象与N起反应，Fe和

Ta从靶11喷出，从而在铁氧体芯16上形成Fe-Ta-N合金膜。如果分压比低于

20％，不足以防止扩散。如果多于50％，太高的氮浓度可能导致膜特性的丢失。

实际上在膜形成过程中的第一步中，如图3所示，打开挡板18之后，通过保持氮

气的分压比在20-50％并控制喷涂时间，用于防止逆扩散的高氮浓度的Fe-Ta-N合

金膜在铁氧体芯16上仅形成0.02μm-0.1μm的厚度。换句话说，一部分氧扩散防止

部分5在第一步中形成。在下面的第二步中，为了获得软磁特性和高饱和磁通密度，

氮气的分压比保持在5％或更少，例如，在3-5％，并控制喷涂时间。在此状态下

执行喷涂直到调整厚度的薄膜在铁氧体芯16上形成，从而产生氧扩散防止部分5

的其他部分，例如，由于1μm的厚度不能显示其特性，膜的厚度在3μm或以上，

作为数值的例子，更好的是9μm。根据等式η＝

P_N2/P_total×100(％)获得前述的氮气的分压比，在等式中，

P_N2是氮气的分压比，P_total是喷涂压力。

如上所述，用在第一实施例的MIG磁头中的高浓度磁合金膜的氧扩散防止部分5

以相当简单的方式制造，即，简单地通过在喷涂期间的两个步骤中控制氮的浓度。

第五实施例

在本发明的第五实施例中，在第1-4实施例的高氮浓度磁合金膜的氧扩散防止部分

5和铁氧体芯1之间的界面部分形成一个厚度不小于0.5nm且不大于10nm的

SiO₂或Al₂O₃的氧扩散防止膜6。如果扩散防

止膜6薄于0.5nm，其功能不符合要求。另一方面，如果非磁性的SiO₂

或Al₂O₃厚度超过10nm，扩散防止膜6变得太厚，其本

身会导致伪隙。

图4A示出了根据第五实施例的MIG磁头的前视图。图4B根据俄歇电子光谱以深

度曲线的形式分析图4A的铁氧体芯和MIG磁头的Fe-Ta-N合金膜之间的一个界面

的扩散状态的结果。在图中仅选取了Fe、N，O和Si信号。

在图4A所示的MIG磁头中，参数1-6分别表示铁氧体芯、磁合金膜、

SiO₂等的磁隙、芯粘结玻璃、高氮浓度的磁合金膜形成的氧扩散防止

部分、和通过薄膜形成方法如喷涂等方式形成的上述SiO₂或

Al₂O₃的扩散防止膜。高氮浓度磁合金膜的氧扩散防止部

分5的厚度不大于0.5μm，磁合金膜2的厚度为几个μm。具体地，根据第五实施

例，氧扩散防止部分5形成约0.04μm厚。插入的SiO₂约7nm，作为

铁氧体芯1和Fe-Ta-N膜2的界面部分的扩散防止膜6，更有效地防止界面部分的

逆扩散，从而限制了伪隙的产生。

从图4B可知，在第五实施例中，防止了磁导率降低的近似非磁性的层在界面部分

形成，而且由于扩散防止膜，更有效地限制了伪隙的形成，这是因为距铁氧体芯1

的表面0.5μm左右的氧扩散防止部分5的氮浓度被调节到不小于整个磁合金膜的氮

平均浓度的两倍且不大于整个磁合金膜的氮平均浓度的十倍，并还使用了厚度不小

于0.5nm且不大于10nm的SiO₂或Al₂O₃形成

的扩散防止膜。上述结构中的MIG磁头的伪信号显示出0.7db或更小的有利的特

性。图4B示出了距铁氧体芯1的表面0.2μm范围内的深度曲线。

在上述任一实施例中，高氮浓度磁合金膜的氧扩散防止部分5位于距铁氧体芯1的

表面0.5μm内的磁合金膜2。此外，磁合金膜2的氧扩散防止部分5的氮浓度最好

调整在不小于包括氧扩散防止部分5的整个磁合金膜的氮浓度的两倍且不大于包括

氧扩散防止部分5的整个磁合金膜的氮浓度的十倍。如果氧扩散防止部分5距铁氧

体芯1表面的距离超过0.5μm，高氮浓度的区域充满整个磁合金膜，过大地增加了

整个磁合金膜的氮浓度，从而可能破坏磁性能。因此，氧扩散防止部分5最好距铁

氧体芯1的表面0.5μm或更小。氧扩散防止部分5的氮浓度被设置为不小于平均氮

浓度的两倍且不大于平均氮浓度的十倍，这是因为如果氧扩散防止部分5的氮浓度

小于平均浓度的两倍，不足以发挥扩散防止功能，而如果氧扩散防止部分5的氮浓

度超过平均浓度的十倍，磁性能被削弱。

根据上述每一个实施例，高氮浓度磁合金膜的氧扩散防止部分5形成在MIG磁头

的铁氧体芯1和磁合金膜2之间的界面部分。因而，即使在界面部分平行于磁隙时，

铁氧体芯1和磁合金膜2之间的界面部分的氧的逆扩散被控制，限制了伪隙的产生。

此外，由于磁头由单个的磁合金膜形成，通过在磁合金膜2形成高氮浓度的磁合金

膜的氧扩散防止部分5而获得此单个的磁合金膜，本发明的平行MIG磁头适合低

成本稳定地批量生产，无须考虑磁隙。

1996，9，9的日本专利8-237718的整个公开，包括说明书、权利要求、附图和摘

要，在这里全部被引用作为参考。

虽然已经参考附图，结合其优选实施例全部描述了本发明，仍需注意的是对本领域

的技术人员来说各种变形和修改是显而易见的。可以理解，这些变形和修改包括在

由所附权利要求限定的本发明的范围内，除非它们脱离本发明的范围。