專利名稱：保護膜用材料和具有用該材料形成的保護膜的磁頭的制作方法
技術領域：
本發明涉及適用于保護膜的材料以及具有用該材料形成的保護膜的磁頭。
以往，磁頭、薄膜元件等的保護膜是應用薄膜形成技術形成在要保護的元件上。
例如，在已有的感應式磁頭中，將保護膜設置在與磁記錄介質相滑動的滑動面上以防止由磁心和間隙形成的檢測部的磨損。具體地說，是通過濺射等薄膜形成技術將保護膜形成在已沉積有形成磁心的磁性膜和形成間隙的非磁性膜的陶瓷等基板上。
作為用以發揮充分的保護性能所必須的重要條件，這些保護膜要具有如下性能硬度要高，耐水性要好，與保護對象間的熱膨脹系數的差和硬度的差都要小。
例如，將保護膜設置在磁頭滑動面上時，希望基板與保護膜的熱膨脹系數的差小，硬度與基板的相同，成膜速度快，耐水性好。
迄今為止這種磁頭用的保護膜都是應用SiO2玻璃、磷酸玻璃、氧化鋁、氧化鉭、碳化硅、鎂橄欖石等。這些材料已在日本專利特開昭58-26308、61-24007、63-241711和特開平4-344307等公報中公開。
然而，將已有的SiO2玻璃、磷酸玻璃、氧化鋁、氧化鉭和碳化硅等作為磁頭的保護膜使用時，以下三個問題中的任何一個都會出現。
第一個問題是由于基板和保護膜的熱膨脹系數之差大，因熱過程產生的應力大。這就會使保護膜產生裂縫。
第二個問題是由于基板、磁心、保護膜間的硬度差大，在磨削加工磁頭滑動面時，磁頭和磁記錄介質滑動時，基板、磁心和保護膜間產生不均勻磨損。
第三個問題是用這些材料形成保護膜時，由于成膜時間長，不適于大量生產，也不易降低成本。
將鎂橄欖石用作保護膜時，它雖然具有比上述材料有利的熱膨脹系數、硬度、成膜速度等特性，但其防水性低，會因磨削工藝時所用的磨削液而變質，因而存在使上述有利的物理特性變壞這樣的問題。
本發明的目的是提供一種作為磁頭的保護膜使用時其因熱過程產生的應力小、能防止滑動面的不均勻磨損，防水性高而且成膜速度快的保護膜，還提供適于構成該保護膜的材料。
為了達到上述目的，按照本發明的第一種狀態，用以保護被保護物的保護膜，至少其一部分中包括一個成分CaMgSi2O8區域，上述區域的原子配置是Ca用八配位與O結合，Mg用六配位與O結合，Si用四配位與O結合的保護膜。
而且，為了達到上述目的，按照本發明的第二種狀態，作為用以保護被保護物的保護膜，至少其一部分中包括一個成分MgAl2O4區域，上述區域的原子配置是Mg用四配位與O結合，Al用六配位與O結合。
根據上述第一、第二種狀態提供的保護膜，按照發明者們的實驗，具有防水性高而且成膜速度快這樣的特性。而且這些保護膜具有與通常作為磁頭主體廣泛應用的材料相近的熱膨脹系數和硬度特性。
因而，通過將這些保護膜設置到磁頭的滑動面上，不會發生保護膜龜裂、膜剝落等，而且能防止不均勻磨損。還由于保護膜的防水性高，所以在使用水系溶劑進行滑動面的研磨加工時，保護膜也很少變壞。而且由于成膜速度快，能降低磁頭的制造成本。
下面將參照附圖對本發明的實施例進行說明。


圖1A是表示本發明的第一實施例的磁頭結構的透視圖。
圖1B是表示本發明的第一實施例的磁頭結構的俯視圖。
圖2是制造圖1中的磁頭使用的濺射裝置的說明圖。
圖3是表示在圖1的磁頭的保護膜5中所包括的微原子團結構的說明圖。
圖4是表示圖1的磁頭保護膜5中的Ca原子的X射線吸收光譜的曲線圖。
圖5是表示圖1的磁頭保護膜5中的Si原子的X射線吸收光譜的曲線圖。
圖6是表示圖1的磁頭保護膜5中的Ca原子的徑向分布的曲線圖。
圖7是表示圖1的磁頭保護膜5中的Si原子的徑向分布的曲線圖。
圖8是表示通過熱處理圖1的磁頭保護膜5提供的膜的X射線衍射特性的曲線圖。
圖9A-圖9F是表示圖1的磁頭制造工藝的說明圖。
圖10是表示本發明的第二實施例的磁頭保護膜5中的Mg原子的X射線吸收光譜的曲線圖。
圖11是表示本發明的第二實施例的磁頭保護膜5中的Al原子的X射線吸收光譜的曲線圖。
圖12是表示本發明的第二實施例的磁頭保護膜5中的Mg原子的徑向分布的曲線圖。
圖13是表示本發明的第二實施例的磁頭保護膜5中的Al原子的徑向分布的曲線圖。
圖14是表示在Mg2SiO4成分中含島狀硅酸鹽型結構的微原子團的膜中的Si原子的X射線吸收光譜的曲線圖。
圖15是表示在Mg2SiO4成分中含島狀硅酸鹽型結構的微原子團的膜中的Mg原子的X射線吸收光譜的曲線圖。
圖16是在Mg2SiO4成分中含島狀硅酸鹽型結構的微原子團的膜中的Mg原子的徑向分布的曲線圖。
圖17是在Mg2SiO4成分中含島狀硅酸鹽型結構的微原子團的膜中的Si原子的徑向分布的曲線圖。
圖18是按照本發明第三實施例通過熱處理磁頭保護膜5而得到的膜的X射線衍射特性的曲線圖。
圖19是按照本發明第四實施例通過熱處理磁頭保護膜5而得到的膜的X射線衍射特性的曲線圖。
圖20是按照本發明第二實施例通過熱處理磁頭保護膜5而得到的膜的X射線衍射特性的曲線圖。
圖21是本發明的第二實施例的保護膜5中所含的微原子團結構的說明圖。
圖22是本發明的第三實施例的保護膜5中所含微原子團結構的說明圖。
圖23A-圖23C是本發明的第三實施例的保護膜5中的Si原子的徑向分布的說明圖。
圖24A-圖24C是本發明第四實施例的保護膜5中的Mg原子的徑向分布的說明圖。
圖25是表示本發明第五實施例的薄膜磁頭結構的剖視圖。
圖26是表示本發明第六實施例的薄膜電阻器的結構的剖視圖。
圖27是本發明第七實施例的熱敏印刷頭的說明圖。
圖28是本發明的第八實施例的電路基板的說明圖。
圖29是本發明第九實施例的強電介質存儲器的剖視圖。
圖30是表示本發明第十實施例的液晶顯示器的結構的剖視圖。
圖31是表示本發明的記錄和重放裝置的一實施例的結構的方框圖。
圖32是圖31的記錄和重放裝置的旋轉磁頭裝置的剖視圖。
圖33是圖31的記錄和重放裝置的旋轉磁頭裝置的透視圖。
首先用圖31說明配置有本發明的磁頭的記錄和重放裝置的結構。本實施例的記錄和重放裝置201包括使磁帶204沿規定移動路線移動進行記錄/重放的記錄和重放機構部202和控制記錄和重放機構部202的各機構動作的驅動用微機208。此驅動用微機208與控制用微機207連接并被其控制。
記錄和重放裝置201還配置有用以使記錄信號傳輸到記錄和重放機構部202或從其中傳送出的記錄電路201和接收記錄重放機構部202的重放信號的重放電路209。外部的主計算機205經接口206連接到控制用微機207。重放電路209連接到控制用微機207和接口206。記錄電路210連接到控制用微機207。
下面說明本實施例的記錄和重放裝置201的工作。
主計算機205通過接口206將要記錄的數據輸送到控制用微機207。該控制用微機207將數據送到記錄電路210并使之記錄到磁帶204上。同時，用重放電路209使已記錄的數據重放，然后將其取出并進行數據驗證，如產生誤差時，使其再次記錄數據。
再說明記錄和重放機構部202的結構。
記錄和重放裝置201配備有裝有磁頭203a、203b、203c、203d的旋轉磁頭裝置213。磁頭203a、203b配置成相同的“+”方位角結構，磁頭203c、203d配置成相同的“-”方位角結構。磁頭203a、203c如圖31所示那樣，連接到記錄電路210。而磁頭203b、203d連接到重放電路209。
記錄和重放機構部202上還配置有用以使盒式磁帶214的供帶側磁帶盤253旋轉的供帶側磁帶盤馬達251，和用以使卷帶側磁帶盤254旋轉的卷帶側磁帶盤馬達252。磁帶盤馬達251、252連接到驅動用微機208上。
在盒式磁帶214和旋轉磁頭裝置213之間依次設置有導輥222、203，所說的導輥222、203用以沿規定的移動路線導引從供帶側磁帶盤253引出的磁帶204并使其卷裝到旋轉磁頭裝置213上。
下面將對記錄和重放機構部202的工作進行說明。
旋轉磁頭裝置213用滾筒式馬達90驅動，向圖31所示的A方向旋轉。滾筒式馬達90利用驅動用微機208控制。磁帶204用旋轉磁頭裝置213的磁頭203a、203c記錄，而用磁頭203b、203d重放。
用圖32、圖33對旋轉磁頭裝置213的結構進一步進行說明。此旋轉磁頭裝置具有使磁頭在用以卷裝磁帶204的上下固定滾筒之間旋轉的結構。
圖32示出旋轉磁頭裝置213的剖示圖。如圖32所示，旋轉磁頭裝置213配備有順次重疊配置的下固定滾筒24、中旋轉滾筒86、上固定滾筒85。在下固定滾筒24上，二個軸承28壓入其中心部。而旋轉變壓器的定子36固定在下固定滾筒24上。旋轉軸29用二個軸承28軸支承。
如圖31所示，四個磁頭203a、203b、203c、203d固定在中旋轉滾筒86的外周部。此中旋轉滾筒86又與圓盤38連結。旋轉軸29壓入圓盤38。旋轉變壓器的轉子35固定在圓盤38上。旋轉軸29的一端固定在馬達90上，圓盤38和中旋轉滾筒86用馬達90驅動旋轉。還將用以使旋轉變壓器的轉子35和磁頭203a等進行電連接的圖中未示出的基板固定在中旋轉滾筒86上。
馬達90使中旋轉滾筒86旋轉。由此，安裝在中旋轉滾筒86上的磁頭203a等掃描卷裝在上、下固定滾筒85、24上的磁帶進行記錄和重放。
首先，作為本發明的第一實施例，對作為上述記錄和重放裝置的磁頭203a、203b、203c、203d使用的，其滑動面上設置有保護膜的磁頭進行說明。
第一實施例的磁頭是利用薄膜組成物形成的磁頭。如圖1(a)所示，挾著間隔膜4配置的一對磁心2用基板1夾持支承。在滑動面101上露出磁心2和間隔膜4的斷面，構成用以檢測磁記錄介質的磁性的檢測部102。一對保護膜5埋設在滑動面101上以挾持檢測部102。因而在滑動面101上露出一部分基板1、檢測部102和保護膜5。滑動面101通過研磨加工成曲面狀。在磁頭的側面露出磁心2、間隔膜4、為制造方便而配置的非磁性埋置材料3。
在本實施例中，使用非磁性鐵酸鹽系列陶瓷的(Mn、Zn)Fe2O4基板作為基板1。但是(Mn，Zn)Fe2O4是將Fe3O4中的一個鐵置換成Mn或Zn的材料。而且(Mn、Zn)Fe2O4包括Mn和Zn兩者。磁心2用Co系列(例如CoNbZr系列)的非晶質合金形成。非磁性埋置材料3和間隔膜4用SiO2、Al2O3等非磁性材料形成。磁心2不限于Co系列(例如CoNbZr系列)非晶質合金，也可以用Fe系列非晶質或結晶質合金，仙臺鐵硅鋁磁性合金，坡莫合金等形成。
對保護膜5進行說明。
保護膜5是包含Ca、Mg、Si、O等的膜。而且保護膜5包括成分CaMgSi2O6的微小區域。此區域的原子配置如圖3所示是鏈硅酸鹽型結構。此微小區域的直徑是約1-10nm。通常，成分為CaMgSi2O6，結構為鏈硅酸鹽型的結晶叫作透輝石結晶。但本實施例的保護膜5，因為用X射線衍射法測定未觀察到表示結晶的衍射線，所以保護膜5整體都是非晶質，上述區域是幾乎不能稱作透輝石結晶的小的區域。因而在本實施例中將此區域稱作微原子團。
用圖3進一步說明保護膜5中所含的微原子團111的結構。如圖3所示，微原子團111是鏈硅酸鹽型的原子配置。各Si用四個O包圍(四配位)。各Ca用八個O包圍(八配位)。各Mg用六個O包圍(六配位)。SiO4四面體結合成鎖狀，此SiO4四面體之間配置著Ca和Mg。
下面說明圖1所示磁頭的制造方法。
首先，如圖9A所示，準備已形成多個V形槽的基板1，在此V形槽內壁的一方形成磁心2的膜。再用非磁性埋置材料3充填此V形槽(圖9B)。在此基板1上形成間隔膜4，借助此間隔膜4與已成為圖9B狀態的另一基板貼合并使V形槽相互錯開(圖9C)。
下面沿每個V形槽切斷已粘合的二張基板1(圖9D)，開一個用來包圍線圈的貫通孔104。再在滑動面101的兩端部設置凹部以便挾持檢測部102(圖9E)，形成保護膜5以充填凹部(圖9F)。進而用分散在水系溶劑中的磨料研磨滑動面101，將其研磨成圖1A所示的曲面形狀，也同時切削加工基板1的側面成所需的形狀。將線圈包圍在貫通孔104中，加工成磁頭。
對多膜的成膜方法進行說明。
磁心2，非磁性埋置材料3，間隔膜4和保護膜5分別用濺射法成膜。
在這些成膜中所用的濺射裝置如圖2所示，是如此構成的，即將基板1配置在真空槽6內并使其與靶7相對，將供應直流或交流，特別是高頻電力的電源103連接到靶7。將用以冷卻基板1的水冷裝置安裝在支承基板1的架子上，圖中未繪出。向真空槽6內供給氬氣作為濺射氣體。因此，靶7的材料分解成原子飛濺出來堆積在基板1上形成膜。
磁心2、非磁性埋置材料3和間隔膜4由磁頭所用一般材料構成，其成膜條件也已公知，所以成膜方法就不再贅述。
下面說明保護膜5的成膜方法。
使用透輝石(成分CaMgSi2O6)的多晶燒結體作為靶7，在濺射功率650W，氬氣壓0.15巴的條件下，用上述濺射裝置，一邊使基板1水冷，一邊進行保護膜5的濺射成膜。在此條件下的成膜速度是1.5μm/時，與成膜氧化鋁相比，能獲得三倍以上的成膜速度。
用熒光X射線分析法分析保護膜5的整體平均成分時，大體為Ca1.1Mg0.9Si2O6。使用以同樣條件成膜的約50μm，100mm×100mm的試料來測定保護膜5的熱膨脹系數，維氏硬度。結果是保護膜5的熱膨脹系數是110×10-7/℃，維氏硬度是700-750/mm2，獲得與基板1的(Mn，Zn)Fe2O4的熱膨脹系數115×10-7/℃，維氏硬度650/mm2，非常接近的值。
下面分析用上述條件形成的保護膜5的結構。
通常，在薄膜中包含結晶時，一旦使用X射線，電子束衍射法進行測試，就能大體判斷出結晶的平均粒徑和結晶化的狀態。由于在使因原子而散亂的相位一致時，X射線電子束的衍射按下面的(1)式所示的Bragg法則發生，所以能用特定的原子面間隔d推測出尖峰狀的衍射強度。這里θ是衍射角，λ是X射線電子束的波長。
2d.sinθ＝λ.....(1)X射線衍射的峰值幅度與引起衍射的結晶粒的平均粒徑η的關系如(2)式所示。
η＝(λ·tanθ)/(0.9·Δθ)......(2)結晶化的程度變低后，由于結晶粒的平均粒徑變小，衍射強度的波峰寬度變寬。
通常，薄膜為非晶質物質時，進行X射線吸收微細結構(X-rayAbsorption Fine Structure，下面縮寫為XAFS)分析法，可知能求出以所看見的原子為中心的原子水平的結構。所謂XAFS分析法是使X射線照射到物質上，測定X射線吸收光譜，通過分析此X射線吸收光譜的形狀來求得物質的原子水平的結構的方法。一旦將X射線照射到物質上，激勵原子的內層電子使光電子飛出，飛出的光電子波向周圍的原子散射，與原來的光電子波干涉。此干涉影響X射線吸收率。通過選擇激發原子的X射線的能量能獲得任意元素的周圍結構信息。具體地說，由X射線吸收光譜的振動周期可測知原子間距高，由振動幅度可得到配位數的信息。
關于此XAFS，例如已在日本物理學會志第34卷第7號(1979)，589-598頁，和フィジカル.レビェ-誌(Physical Review B)Vol.11.No.8(1975)PP2795-2811中公開。
用X射線衍射法測定上述保護膜5的試料后，由于未觀測到衍射峰值，就再用上述XAFS分析法分析其結構。但是，在X射線衍射法和XAFS分析法的測定中所用的試料是在與上述保護膜相同的成膜條件下成膜在非磁性基板上的膜。
將本實施例的XAFS測定的結果示于圖4和圖5。圖4是為了分析Ca原子的周圍結構，在Ca的K-X射線吸收端附近測定的X射線吸收光譜。而圖5是為了分析Si原子的周圍結構，在Si的K-X射線吸收端附近測定的X射線吸收光譜。但是，所謂X射線吸收端，是在X射線吸收光譜中，將X射線能量減少時吸收率急劇減少的波長處。X射線吸收端分別出現在原子的K層、L層等，圖4、圖5是激發K層電子時出現在吸收端附近的吸收光譜。
根據圖4、圖5的X射線吸收光譜的振動周期，振動振幅進行保護膜5的試料的原子水平結構分析。用圖6和圖7對其進行說明。
圖6是以由圖4求得的Ca為中心的徑向分布函數。用此徑向分布函數，從其徑向分布或原子間距離可知，Ca原子用八配位與氧結合。
另一方面，圖7是以由圖5求得的Si原子為中心的徑向分布。根據此徑向分布函數，由其徑向分布或原子間距離可知，Si原子以四配位與氧結合，而且SiO4四面體呈鎖狀。
由這些分析結果可知，在本實施例的保護膜5的試料上存在CaMgSi2O6成分的鏈硅酸鹽型結構的區域，該區域的直徑為1-10nm。
將本實施例的保護膜5的試料在80℃的熱水中浸漬10小時，然后用X射線衍射法，XAFS分析法分析其結構。結果，其結構與用熱水處理前幾乎不變，而且熱膨脹系數，硬度也與用熱水處理前幾乎不變。這表明此保護膜5有良好的防水性。
進而將保護膜5的試料在700℃加熱1小時，再進行上述的X射線衍射測定，如圖8所示，在d＝0.30nm，0.25nm和0.16nm附近觀察到表示結晶的衍射線。由此可知存在平均粒徑50-100nm左右的透輝石結晶粒。
似這樣，第一實施例的磁頭，由于使用熱膨脹系數與基板1接近的保護膜5，所以不必耽心保護膜5會因熱過程產生膜崩落、裂紋。還因為保護膜5的硬度與基板1接近，滑動面101不會發生不均勻磨損。而且由于保護膜5的防水性高，所以即使使用分散在水系溶劑中的磨料來研磨滑動面101，保護膜5也不會變質。因而，本實施例的磁頭，其滑動面的耐磨損特性好，在長時間的使用過程中都能維持穩定的記錄和重放特性。
本實施例的保護膜5的成膜速度由于比已往的氧化鋁等保護材料快，所以本實施例的磁頭有良好的大量生產的特性，能用低成本生產。
像上述說明那樣，盡管在上述的實施例中，是用CaMgSi2O6成分，使用其原子配置為鏈硅酸鹽型結構的含微原子團的非晶質保護膜5，但不限于此，使用含透輝石結晶粒的保護膜5也能獲得同樣的效果。作為含結晶粒的保護膜5的形成方法，如上述圖8所示，能通過將含微原子團的保護膜5進行熱處理形成。
當然也可以整體都使用透輝石結晶的保護膜5。這時，保護膜5整體既可以是透輝石單結晶，也可以是多結晶。
使保護膜5的成膜條件在如下范圍內變化時，即濺射功率為300-1000W，氬氣壓強0.01-2.0巴，則保護膜5的結構和組分不變，熱膨脹系數也在105-113×10-7/℃范圍內，維氏硬度在650-800/mm2范圍內。
使用在CaxMg2-xSi2O6(0.7≤X≤1.3)的成分范圍變化其成分的多結晶燒結體靶作為靶7進行保護膜5的成膜時，盡管由于靶的成分使保護膜5的平均成分變化，但其熱膨脹系數和維氏硬度與使用CaMgSi2O6多結晶燒結體靶7時大體是相同的。
作為用來使保護膜5成膜的靶7，可以使用將CaO、MgO、SiO2組成的材料按面積比1∶1∶2露出在靶表面上的靶。這時，能通過改變露出靶表面的材料的面積比控制保護膜5的組成。可以通過使用將其表面分離成CaO、MgO、SiO2等成分區域的靶，或者使用通過將CaO、MgO和SiO2組成物研成粉末并將其混合和燒結來制造靶組成物而提供的靶對各材料露出面積進行控制。
下面對本發明第二實施例的磁頭進行說明。
本實施例的磁頭用包含Mg、Al、O的膜作為保護膜5。而且保護膜包含微原子團，此微原子團為成分MgAl2O4，原子配置為尖晶石型結構。磁頭的其它結構由于與第一實施例的磁頭相同不另說明。
第二實施例的保護膜5使用尖晶石成分MgAl2O4的靶，與第一實施例相同，用濺射法成膜。
該第二實施例的保護膜5，其熱膨脹系數是80×10-7/℃，維氏硬度是1000-1150/mm2，而與基板1的(Mn，Zn)Fe2O4的熱膨脹系數115×10-7/℃，維氏硬度650/mm2的值接近。
應用圖21對在第二實施例的保護膜5中所包含的尖晶石型結構的微原子團的構造進一步進行說明。如圖21所示，微原子團是尖晶石型原子裝置。Al被六個O包圍(六配位)。Mg被四個O包圍(四配位)。
當用X射線衍射法檢測此第二實施例的保護膜5而未觀察到衍射線時，就再用XAFS分析法分析第二實施例的保護膜5的結構。
圖10示出為分析Mg原子的周圍結構在Mg的K-X射線吸收端附近測得的X射線吸收光譜。分析此圖10的X射線吸收光譜，將以Mg原子為中心的徑向分布的分析結果示于圖12。由圖12的徑向分布可知，在第二實施例的保護膜5中，Mg是用四配位與氧結合。
圖11示出為分析Al原子的周圍結構在Al的K-X射線吸收端附近測得的X射線吸收光譜。分析此圖11的X射線吸收光譜，將以Al原子為中心的徑向分布的分析結果示于圖13。從圖13的徑向分布可知，在第二實施例的保護膜5中，Al是用六配位與氧結合。
由此結果可確知，在第二實施例的保護膜5中存在成分為MgAl2O4的尖晶石型結構的微原子團。
對第二實施例的保護膜5進行熱處理，再用X射線衍射法分析時，如圖20所示，可得到代表成分為MgAl2O4的圖21所示結構的結晶粒的衍射線。從而可知，由于熱處理，使微原子團成長成為結晶粒。此經熱處理的第二實施例的保護膜5的熱膨脹系數和維氏硬度，與熱處理前幾乎不變。因經熱處理的第二實施例的保護膜5的熱膨脹系數和維氏硬度與磁頭基板的接近，所以也能用作磁頭的保護膜。
這樣以來，第二實施例的磁頭，由于使用熱膨脹系數與基板1近似的保護膜5，因而不必耽心保護膜5會因熱過程而使膜崩落和龜裂。還由于保護膜5的硬度與基板1接近，不會發生滑動面101不均勻磨損。因而本實施例的磁頭其滑動面的耐磨損特性好，在長時間使用過程中能維持穩定的記錄重放特性。
下面說明本發明第三實施例的磁頭。
本實施例的磁頭使用包含Ca、Mg、Si、O的膜作為保護膜5。而且保護膜5包含二種微原子團。一種微原子團是成分為CaMgSi2O6，原子配置為鏈硅酸鹽型結構。另一種微原子團是成分為Mg2SiO4，原子配置為島狀硅酸鹽型結構。由于磁頭的其它結構與第一實施例中的磁頭結構相同不另說明。
第三實施例的保護膜5使用將透輝石(成分CaMgSiO6)和鎂橄欖石(成分Mg2SiO4)混合，燒結制成的靶，與第二實施例一樣，用濺射法成膜。
此第三實施例的保護膜5的熱膨脹系數為105-110×10-7/℃，維氏硬度為700-900/mm2，獲得與基板1的(Mn，Zn)Fe2O4的熱膨脹系數115×10-7/℃，維氏硬度650/mm2相接近的值。通過調整膜中所含的CaMgSi2O6成分的微原子團和Mg2SiO4成分的微原子團的比率，使熱膨脹系數和硬度變化。膜中所含的CaMgSi2O6成分的微原子團多，熱膨脹系數接近105×10-7/℃，維氏硬度接近700/mm2，反之，Mg2SiO4成分的微原子團多，熱膨脹系數接近110×10-7/℃，維氏硬度接近850-900/mm2。
在第三實施例的保護膜5中所包含的鏈硅酸鹽型的微原子團的結構與第一實施例一樣，如圖3所示，Si用四個O包圍(四配位)。Ca用八個O包圍(八配位)。Mg用六個O包圍(六配位)。而且島狀硅酸鹽型的微原子團如圖22所示，Mg用六個O包圍(六配位)。Si用四個O包圍(四配位)。
此第三實施例的保護膜5能用以下所說的方法來確認結構。
首先，在用X射線衍射法測定熱處理第三實施例的保護膜5所得到的膜時，得到圖18所示這樣的衍射線。在圖18的衍射線上確認包括含圖8所示的透輝石結晶粒的膜的X射線衍射線，如含鎂橄欖石結晶(成分Mg2SiO4島狀硅酸鹽型結構的結晶)粒的膜的X射線衍射線。因而在已熱處理過的保護膜5上能確認混合存在上述微原子團生長成的二種結晶粒。由于此熱處理過的保護膜5的熱膨脹系數和硬度與熱處理前幾乎不變化，當然也能將已熱處理過的保護膜5用于磁頭。
當用X射線衍射法測定第三實施例的保護膜5不能確認衍射線時，能用XAFS分析法確認其結構。
第三實施例的保護膜5的兩種微原子團，其Si原子和Mg原子的原子間距離，Si原子和O原子的原子間距離是不同的。因而，含上述二種微原子團的膜中的Si的徑向分布如圖23(C)所示，是將只含CaMgSi2O6的微原子團的膜中的Si的徑向分布曲線(圖23(a))，和只含Mg2SiO4的微原子團的膜中的Si的徑向分布曲線(圖23(b))加在一起而成的曲線。因此，通過第三實施例的保護膜5的XAFS分析，通過數值分析Si的徑向分布能確認包括二種微原子團。
圖23A的只包含CaMgSi2O6的微原子團的膜中的Si的徑向分布的詳情與前圖7所示的徑向分布相同。圖23B的只含Mg2SiO4的微原子團的膜中的Si的徑向分布示于圖17。如圖17所示，Mg2SiO4的Si的徑向分布的峰值在0.16nm處出現，而如圖7所示CaMgSi2O6的Si的徑向分布的峰值除在0.16nm處出現外，在0.30nm處也明顯地出現。像第三實施例的保護膜5那樣，在兩種微原子團混合存在時，其徑向分布是將兩種微原子團的徑向分布加到一起而成。因此，通過數值分析將兩種微原子團分離，就能確認兩種微原子團的混合比率。
圖16示出只含Mg2SiO4的微原子團的膜中的Mg的徑向分布。由圖16可知，Mg2SiO4的微原子團的Mg以六配位與氧結合。但是，由于CaMgSi2O6的微原子團的Mg也以六配位與氧結合，所以由Mg的徑向分布來確認第三實施例的保護膜5的兩種微原子團的存在是困難的。圖14、圖15是成為求圖16、圖17的徑向分布的基礎的X射線吸收光譜。
這樣以來，第三實施例的磁頭，由于使用熱膨脹系數與基板1接近的保護膜5，所以不必顧慮保護膜5會因熱過程而發生膜脫落和龜裂。還由于保護膜5的硬度與基板1接近，所以滑動面101不會發生不均勻磨損。因而本實施例的磁頭，其滑動面的耐磨損特性好，長時間使用也能保持穩定的記錄和重放特性。
下面說明本發明第四實施例的磁頭。
本實施例的磁頭使用含Mg，Al，Si，O的膜作為保護膜5。而且保護膜5含兩種微原子團。一種微原子團是成分為MgAl2O4，原子配置為尖晶石型的結構。另一種微原子團成分是Mg2SiO4，原子配置是島狀硅酸鹽型的結構。由于磁頭的其他結構與第一實施例的磁頭相同，不另說明。
第四實施例的保護膜5使用將光晶石(成分MgAl2O4)和鎂橄欖石(成分Mg2SiO4)混合后燒結而成的靶，與第一實施例相同，用濺射法成膜。
此第四實施例的保護膜5的熱膨脹系數為80-110×10-7/℃，維氏硬度為850-1150/mm2，獲得了與基板1的(Mn，Zn)Fe2O4的熱膨脹系數115×10-7/℃，維氏硬度650/mm2相接近的值。通過調整保護膜中所含的成分MgAl2O4的微原子團和成分Mg2SiO4的微原子團的比率來改變保護膜的熱膨脹系數和硬度。保護膜中所含的成分MgAl2O4的微原子團多，熱膨脹系數靠近80×10-7/℃，維氏硬度靠近1000-1150/mm2，反之，成分Mg2SiO4的微原子團多，熱膨脹系數靠近110×10-7/℃，維氏硬度靠近850-900/mm2。
第四實施例的保護膜5中所含的尖晶石型的微原子團結構與第二實施例相同，如圖21所示，Mg用四個O包圍(四配位)。Al用六個O包圍(六配位)。島狀硅酸鹽型微原子團如圖22所示，Mg用六個O包圍(六配位)。Si用四個O包圍(四配位)。
此第四實施例的保護膜5能用以下的方法確認其結構。
首先，用X射線衍射法測定熱處理第四實施例的保護膜5所得到的膜時能得到圖19所示的衍射線。在圖19的衍射線上，確認含圖20所示的尖晶石結晶粒的膜的衍射線，和表示鎂橄欖石結晶(成分為Mg2SiO4，島狀硅酸鹽型的結晶)粒的衍射線。因而能確認在熱處理過的保護膜5上混合存在上述微原子團生長成的二種結晶粒。由于此熱處理過的保護膜5的熱膨脹系數和硬度幾乎與熱處理前無變化，當然也能將熱處理過的保護膜5用于磁頭上。
在用X射線衍射法測定第四實施例的保護膜5看不到衍射線時，能用XAFS分析法確認其結構。
第四實施例的保護膜5的二種微原子團，如上所述，包圍Mg原子的O原子的配位數不同。包含上述二種微原子團的膜中的Mg的徑向分布如圖24C所示，是將只含MgAl2O4的微原子團的膜中的Mg的徑向分布曲線(圖24A)，和只含Mg2SiO4的微原子團的膜中的Mg的徑向分布曲線(圖24B)加在一起而成的曲線。因此，通過第四實施例的保護膜5的XAFS分析，通過分析Mg的徑向分布曲線，能確認包括兩種微原子團。
圖24A的只包含MgAl2O4的微原子團的膜中的Mg的徑向分布的詳情與以前圖12所示的徑向分布相同。圖24B的只含Mg2SiO4的微原子團的膜中的Mg的徑向分布已示于圖16中。圖16的Mg2SiO4的Mg的徑向分布的峰值位置與圖12的MgAl2O4的Mg的徑向分布的峰值位置不同。含兩種微原子團的膜中的Mg的徑向分布有二個峰值。因而，通過第四實施例的保護膜5的Mg的徑向分布的峰值數能確認存在二種微原子團，進而通過對峰值的精確地數值分析，能確認兩種微原子團的比率。
似這樣，第四實施例的磁頭，由于使用熱膨脹系數接近基板1的保護膜5，所以不必耽心保護膜5會發生因熱過程而使膜脫落和龜裂。還因為保護膜5的硬度也接近基板1，所以滑動面101不會發生不均勻磨損。所以，本實施例的磁頭，其滑動面的耐磨損特性好，即使長時間使用也能維持穩定的記錄再生特性。
在上述第一到第四實施例的磁頭中，如果要求進一步提高滑動面101的硬度，則通過將SiO2，AlO2O3這樣的高硬度材料膜成膜在該保護膜上就能達到目的。由于這樣的高硬度材料其熱膨脹系數達1-70×10-7/℃，與基板1，磁心2的磁性薄膜的熱膨脹系數的差別大，以往做成這樣結構時，存在高硬度材料上產生龜裂等問題而不能使用。然而，通過使用將上述實施例保護膜的材料膜和此高硬度材料的膜做成多層膜或成分逐漸變化的膜形成滑動面101表面的結構，能防止龜裂，從而能制成具有高硬度耐磨損的滑動面的磁頭。
而且，將第一至第四實施例的保護膜5用作磁記錄用磁頭的保護膜，能制成磁盤，高密度記錄用磁帶錄音機等磁記錄裝置。通過使用本實施例的保護膜5，能取得使這些記錄部分的壽命提高的效果。
進而還能將第一至第四實施例的保護膜5的材料用作磁記錄用磁頭的非磁性基板1的材料，非磁性埋置材料3，磁心2的間隔膜4的材料，能制成VTR，磁盤等磁記錄裝置。使用本實施例的材料能制成具有耐高溫和防水性的基板1，非磁性埋置材料3，間隔膜4。同時，通過用本實施例的膜形成保護膜5，由于基板1，非磁性埋置材料3，間隔膜4與保護膜5用相同材料制成，所以可消除因物理特性不同產生應力等問題。
由于第一至第四實施例保護膜5的材料具有絕緣性，將此材料用作絕緣膜，能制成薄膜電阻器，電路基板，電極基片等。由于保護膜5的材料與基板的熱膨脹系數的差異小，所以能抑制在該絕緣膜上形成的導體電路的剝離。下面將進一步對此進行說明。
用圖25說明將第一至第四實施例的保護膜5用作薄膜磁頭的保護膜的實例，作為本發明的第五實施例。
如圖25所示，第五實施例的薄膜磁頭是在非磁性基板21上面順次沉積上下部磁心膜22，上部磁心膜26，保護膜27構成。在朝向滑動面201的部分上，間隔膜23配置在下部磁心膜22和上部磁心膜26之間。用絕緣材料膜24包圍的多條信號線圈線膜配置在間隔膜23和上部磁心膜26之間。
基板21由與制成第一實施例的基板1的材料相同的材料制成。上部磁心膜26和下部磁心膜22用磁性材料形成。保護膜27用與第一實施例的保護膜5相同的材料形成。
保護膜27從上面保護上部磁心膜26。保護膜27還防止滑動面201的磨損。像第一實施例那樣，由于保護膜27有與基板21相同程度的維氏硬度，能防止滑動面201的不均勻磨損。因而圖25的薄膜磁頭在長時間的使用過程中都能提供穩定的記錄和重放特性。
下面，利用圖26對本發明第六實施例的薄膜電阻器進行說明。
第六實施例的薄膜電阻器是將熱硬化性樹脂薄膜32、金屬電阻體薄膜33順次沉積在陶瓷基體31的周圍。然后再將金屬間隔膜34沉積到金屬電阻體膜33兩端，將導線35分別連接到金屬間隔膜34上。隨后再將其整體用絕緣膜36覆蓋。在本實施例中是用第一實施例所示的保護膜5的材料形成絕緣膜36。
對圖26的薄膜電阻器的工作進行簡單地說明。由一方的引線35供給的電流通過金屬間隔膜34，流過大電阻的金屬電阻體薄膜33，再由另一方的金屬間隔膜34，由引線35流到外部的電路。因而，圖26的薄膜電阻器，因其金屬電阻體薄膜33的電阻值大，所以呈現大的電阻值。當過電流流過電阻體薄膜33時，熱硬化性樹脂薄膜32會因電阻體薄膜33發熱而膨脹，使電阻體薄膜33斷裂開。
絕緣膜36的材料如在第一實施例中所示，由于防水性高，而且能耐受700℃以上的高溫熱處理，所以能使在內部電阻體薄膜33中流動的電流高可靠地與外部絕緣。由于絕緣膜36能借助薄膜形成技術以高的成膜速度容易地形成，所以能以低的成本制造薄膜電阻器。
下面利用圖27對熱敏印刷頭進行說明，作為本發明的第七實施例。
如圖27所示，本實施例的熱敏印刷頭包括設置有發熱電路的集成電路42，用以將電信號傳送到集成電路42的導電膜片43，將電信號傳送到導電膜片43上的電路基板45。電路基板45是將用印刷形成的信號線層44設置在基板41上而構成。
在本實施例中，是用第一實施例中所示的保護膜5的材料來形成基板41。如在第一實施例中所述，由于保護膜5的材料具有很高的防水性，所以即使在形成信號線層44時實施了物理的和科學的洗滌，其結構也是穩定的，基板41也不會變壞。因而能提供高可靠性的基板，也使熱敏印刷頭的可靠性提高。
應用圖28說明本發明第八實施例的電路基板。
如圖28所示，電路基板是在基片51的兩面上設置陶瓷薄膜52，再將導體電路層53配置在上側的陶瓷薄膜52上而制成。隨后將半導體芯片54放置到導體電路層53上。信號經由導體電路層53輸入到半導體芯片54或由該芯片54輸出。
在本實施例中，使用第一實施例所示的保護膜5的材料膜作為陶瓷薄膜52。如已說明那樣由于此膜防水性好，所以能保護基片51不受潮，防止基片51的伸縮，翹曲，因則能保持導體電路層53的可靠性。
用圖29說明本發明第九實施例的強電介質存儲器。
圖29的強電介質存儲器包括強電介質層62，與其鄰接的半導體層67，設置在這兩層界面上的半導體層67側的源極膜64和漏極膜63。柵極膜66通過柵絕緣膜65設置在半導體層67上。柵極膜61設置在電介質層62的下面。
在柵極61、66間加上電壓后，在半導體層67的柵絕緣膜65側形成傳導電子密度增加的溝道層。電介質層62，其半導體層67側極化成負，其柵極膜61側極化成正。
在此狀態下，在源極層64和漏極膜63之間加上電壓后，漏極電流通過溝通層流通。
由于將柵極膜61、66間的電壓斷開后，載流子層消失，電介質層62保持極化狀態，電介質層62的界面部的電荷移動，源極膜64和漏極膜63之間的漏極電流通過電介質層62流通。
因而，如果加上柵極電壓，輸入信息，然后再斷開柵極電壓，則該電介質存儲器能夠保持該信息。
在本實施例中，第一實施例保護膜5的介電常數約為8，利用這種性質，用此材料制成圖29的電介質存儲器。
對使用薄膜晶體管的液晶顯示器進行說明作為本發明的第十實施例。
如圖30所示，透射型液晶顯示器是由玻璃基板72、偏光板71、彩色濾光層80、透明電極77、液晶79等構成，薄膜晶體管作為其驅動電路安裝在其內部。薄膜晶體管是由絕緣層78、信號電極層76、半導體層75、柵極絕緣層74和柵極膜73構成。
因為含上述實施例所示的透輝石的鏈硅酸鹽是絕緣的，通過用這種材料形成絕緣層78，能制成使用這種材料的液晶顯示器。
如上所述，本發明的保護膜材料，其熱膨脹系數、硬度與磁頭基板的熱膨脹系數、硬度非常接近，而且保護膜的防水性好，成膜速度快。因而，與已有技術相比能提供性能優良、生產性好的磁頭，其工業生產的價值很高。
權利要求
1.一種非晶質材料，至少其一部分中包括成分CaMgSi2O6的區域，其特征在于上述區域的原子配置是Ca以八配位與O結合，Mg以六配位與氧結合，Si以四配位與O結合。
2.按照權利要求1所說的非晶質材料，其特征在于還包括成分Mg2SiO4的區域，上述成分Mg2SiO4區域的原子配置是Mg以六配位與O結合，Si以四配位與O結合。
3.一種非晶質材料，至少其一部分中包括成分MgAl2O4的區域，其特征在于上述區域的原子配置是Mg以四配位與O結合，Al以六配位與O結合。
4.按照權利要求3所說的非晶質材料，其特征在于還包括成分Mg2SiO4的區域，上述成分Mg2SiO4區域的原子配置是Mg以六配位與O結合，Si以四配位與O結合。
5.一種保護膜，用以保護被保護物，至少其一部分包括成分CaMgSi2O6區域，其特征在于上述區域的原子配置是Ca以八配位與O結合，Mg以六配位與O結合，Si以四配位與O結合。
6.按照權利要求5所說的保護膜，其特征在于還包括成分Mg2SiO4區域，上述成分Mg2SiO4區域的原子配置是Mg以六配位與O結合，Si以四配位與O結合。
7.按照權利要求5所說的保護膜，其特征在于所說的區域是鏈狀硅酸鹽型的結構。
8.按照權利要求6所說的保護膜，其特征在于所述成分MgSiO4區域是島狀硅酸鹽型的結構。
9.按照權利要求5所說的保護膜，其特征在于上述保護膜全體是非晶質。
10.按照權利要求5所說的保護膜，其特征在于上述區域是結晶。
11.一種保護膜，用以保護被保護物，至少其一部分中包括成分MgAl2O4區域，其特征在于上述區域的原子配置是Mg以四配位與O結合，Al以六配位與O結合。
12.按照權利要求11所說的保護膜，其特征在于還包括成分Mg2SiO4區域，上述成分Mg2SiO4區域的原子配置是Mg以六配位與O結合，Si以四配位與O結合。
13.按照權利要求11所說的保護膜，其征在于上述區域是尖晶石型結構。
14.按照權利要求12所說的保護膜，其特征在于上述成分Mg2SiO4區域是島狀硅酸鹽型的結構。
15.按照權利要求11所說的保護膜，其特征在于上述保護膜全體是非晶質。
16.按照權利要求11所說的保護膜，其特征在于上述區域是結晶。
17.一種磁頭，它包括其物理量隨記錄介質的磁化而變化的磁性體部；將上述磁性體部物理量的變化變換成電信號的變換器；支承上述磁性體部和變換器的基體；至少設置在與上述基體的上述記錄介質相對的面的一部分上的保護膜；其特征在于，上述保護膜至少其一部分中包括成分CaMgSi2O6區域，上述區域的原子配置是Ca以八配位與O結合，Mg以六配位與O結合，Si以四配位與O結合。
18.按照權利要求17所說的磁頭，其特征在于上述保護膜還包括成分Mg2SiO4區域，上述成分Mg2SiO4區域的原子配置是Mg以六配位與O結合，Si以四配位與O結合。
19.按照權利要求17所說的磁頭，其特征在于上述基體由鐵酸鹽構成。
20.按照權利要求17所說的磁頭，其特征在于上述基體由陶瓷構成。
21.一種磁頭，它包括其物理量隨記錄介質的磁化而變化的磁性體部；將上述磁性體部物理量的變化變換成電信號的變換器；支承上述磁性體部和變換器的基體；配置在與上述基體的上述記錄介質相對面的至少一部分上的保護膜，其特征在于，上述保護膜至少其一部分中包括成分MgAl2O4區域，上述區域的原子配置是Mg以四配位與O結合，Al以六配位與O結合。
22.按照權利要求21所說的磁頭，其特征在于上述保護膜還包括成分Mg2SiO4區域，上述成分Mg2SiO4區域的原子配置是Mg以六配位與O結合，Si以四配位與O結合。
23.按照權利要求21所說的磁頭，其特征在于上述基體由鐵酸鹽構成。
24.按照權利要求21所說的磁頭，其特征在于上述基體由陶瓷構成。
25.一種磁頭裝置，它配備有多個磁頭，使上述磁頭露出于側面那樣設置的旋轉體，用以傳輸上述磁頭的電信號的信號傳輸電路，用以使上述旋轉體旋轉的旋轉驅動部，其特征在于所說的磁頭包括其物理量隨記錄介質的磁化而變化的磁性體部，將上述磁性體部物理量的變化變換成電信號的變換器，支承上述磁性體部和變換器的基體，配置在與上述基體的上述記錄介質相對面的至少一部分上的保護膜，所說的保護膜至少其一部分中包括成分CaMgSi2O6區域，上述區域的原子配置是Ca以八配位與O結合，Mg以六配位與O結合，Si以四配位與O結合。
26.按照權利要求25所說的磁頭裝置，其特征在于上述保護膜還包括成分Mg2SiO4區域，上述成分Mg2SiO4區域的原子配置是Mg以六配位與O結合，Si以四配位與O結合。
27.一種磁頭裝置，它配備有多個磁頭，使上述磁頭從側面露出那樣設置的旋轉體，用以傳輸上述磁頭的電信號的信號傳輸電路，用以使上述旋轉體旋轉的旋轉驅動部，其特征在于所說的磁頭包括其物理量隨記錄介質的磁化而變化的磁性體部，將上述磁性體部物理量的變化變換成電信號的變換器，支承上述磁性體部和變換器的基體，配置在與上述基體的上述記錄介質相對面的至少一部分上的保護膜，所說的保護膜至少其一部分中包括成分MgAl2O4區域，上述區域的原子配置是Mg以四配位與O結合，Al以六配位與O結合。
28.按照權利要求27所說的磁頭裝置，其特征在于上述保護膜還包括成分Mg2SiO4區域，上述成分Mg2SiO4區域的原子配置是Mg以六配位與O結合，Si以四配位與O結合。
29.一種磁帶重放裝置，它包括使磁帶移動的移動驅動部，多個磁頭，使上述磁頭從側面露出那樣設置的旋轉體，傳輸上述磁頭的電信號的信號傳輸電路，使上述旋轉體旋轉的旋轉驅動部，控制上述移動驅動部和旋轉驅動部的控制部，處理上述信號傳輸電路傳輸的信號的信號處理部，其特征在于所說的磁頭包括其物理量隨磁帶的磁化而變化的磁性體部，將上述磁性體部物理量的變化變換成電信號的變換器，支承上述磁性體部和變換器的基體，配置在與上述基體的上述磁帶相對面的至少一部分上的保護膜，所說的保護膜至少其一部分中包括成分CaMgSi2O6區域，上述區域的原子配置是Ca以八配位與O結合，Mg以六配位與O結合，Si以四配位與O結合。
30.按照權利要求29所說的磁帶重放裝置，其特征在于上述保護膜還包括成分Mg2SiO4區域，上述成分Mg2SiO4區域的原子配置是Mg以六配位與O結合，Si以四配位與O結合。
31.一種磁帶重放裝置，它包括使磁帶移動的移動驅動部，多個磁頭，使上述磁頭從側面露出那樣設置的旋轉體、傳輸上述磁頭的電信號的信號傳輸電路，使上述旋轉體旋轉的旋轉驅動部，控制上述移動驅動部和旋轉驅動部的控制部，處理上述信號傳輸電路傳輸的信號的信號處理部，其特征在于所說的磁頭包括其物理量隨磁帶的磁化而變化的磁性體部，將上述磁性體部物理量的變化變換成電信號的變換器，支承上述磁性體部和變換器的基體，配置在與上述基體的上述磁帶相對面的至少一部分上的保護膜，所說的保護膜至少其一部分中包括成分MgAl2O4區域，上述區域的原子配置是Mg以四配位與O結合，Al以六配位與O結合。
32.按照權利要求31所說的磁帶重放裝置，其特征在于上述保護膜還包括成分Mg2SiO4區域，上述成分Mg2SiO4區域的原子配置是Mg以六配位與O結合，Si以四配位與O結合。
全文摘要
本發明提供一種保護膜，設置在磁頭的滑動面上時，其熱膨脹系數、硬度與磁頭基板的熱膨脹系數、硬度接近，而且是用防水性好、成膜速度快的材料制成。所說的保護膜，至少其一部分中包括成分CaMgSi
文檔編號G11B5/31GK1115459SQ9510327
公開日1996年1月24日 申請日期1995年2月28日 優先權日1994年2月28日
發明者田村太久夫, 中野朝雄, 末永和史, 尾形潔, 笹崇三, 熊坂登行 申請人:株式會社日立制作所