JP2003282992A - 強磁性超磁歪膜およびその熱処理方法 - Google Patents
強磁性超磁歪膜およびその熱処理方法Info
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Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 大きな磁歪定数を確保しつつ薄膜化した強磁
性超磁歪膜を提供する。 【解決手段】 基板と、前記基板上に形成された下地膜
層と、前記下地膜層上に形成された磁性膜層を備える強
磁性超磁歪膜であって、前記下地膜層はタンタル、チタ
ンのいずれか一種以上から構成され、且つ前記磁性膜層
はＮｉ量が４５原子％以上且つ５８原子％以下で、Ｍｎ
量が１８原子％以上且つ２８原子％以下で残部Ｇａおよ
び不可避不純物を有するＮｉ−Ｍｎ−Ｇａ系合金である
ことを特徴とする強磁性超磁歪膜を用いる。
性超磁歪膜を提供する。 【解決手段】 基板と、前記基板上に形成された下地膜
層と、前記下地膜層上に形成された磁性膜層を備える強
磁性超磁歪膜であって、前記下地膜層はタンタル、チタ
ンのいずれか一種以上から構成され、且つ前記磁性膜層
はＮｉ量が４５原子％以上且つ５８原子％以下で、Ｍｎ
量が１８原子％以上且つ２８原子％以下で残部Ｇａおよ
び不可避不純物を有するＮｉ−Ｍｎ−Ｇａ系合金である
ことを特徴とする強磁性超磁歪膜を用いる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、所定の合金を用い
て多層構造とすることで強磁性と超磁歪特性を有する強
磁性超磁歪膜に関するものである。また、強磁性超磁歪
膜の製造に係る熱処理条件を規定した強磁性超磁歪膜の
熱処理方法に関するものである。
て多層構造とすることで強磁性と超磁歪特性を有する強
磁性超磁歪膜に関するものである。また、強磁性超磁歪
膜の製造に係る熱処理条件を規定した強磁性超磁歪膜の
熱処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】磁歪特性を有する磁性材料は、外部磁界
を印加した際に伸びや縮みなどの変位を発生させる性質
を持っており、これを応用したデバイスには変位制御用
あるいは駆動用アクチュエータ、トルクセンサ、超音波
振動子などに用いられ、材料としてＴｄ-Ｄｙ-Ｆｅ希土
類系合金などが知られている。
を印加した際に伸びや縮みなどの変位を発生させる性質
を持っており、これを応用したデバイスには変位制御用
あるいは駆動用アクチュエータ、トルクセンサ、超音波
振動子などに用いられ、材料としてＴｄ-Ｄｙ-Ｆｅ希土
類系合金などが知られている。
【０００３】最近、上記材料に加えてＦｅ-Ｐｔ系合金
（特開平１１‐２６９６１１号公報）やＮｉ-Ｍｎ-Ｇａ
系合金（特開平１０‐２５９４３８号公報）が提案され
た。これらは磁界によって、例えば正方晶構造から立方
晶構造への、結晶変態が起こり、したがって従来知られ
ていた磁歪材料より遥かに大きな値を現出することがで
きる。
（特開平１１‐２６９６１１号公報）やＮｉ-Ｍｎ-Ｇａ
系合金（特開平１０‐２５９４３８号公報）が提案され
た。これらは磁界によって、例えば正方晶構造から立方
晶構造への、結晶変態が起こり、したがって従来知られ
ていた磁歪材料より遥かに大きな値を現出することがで
きる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】Ｎｉ−Ｍｎ−Ｇａ系合
金は主として粉末冶金法によって製造されている。しか
しながら当該材料を磁気デバイスへ展開させることを考
えると、薄膜化し形状加工することが望ましいが、大き
な磁歪定数を確保しつつ薄膜化したという報告はされて
いない。
金は主として粉末冶金法によって製造されている。しか
しながら当該材料を磁気デバイスへ展開させることを考
えると、薄膜化し形状加工することが望ましいが、大き
な磁歪定数を確保しつつ薄膜化したという報告はされて
いない。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めには、ターゲットなど母材から真空成膜法などで基板
上に薄膜を形成する。基板上に成膜するために下地膜層
を形成した後、Ｎｉ−Ｍｎ−Ｇａ系合金の磁性膜層を形
成し、真空中または非酸化性雰囲気中で熱処理を行うこ
とにより大きな磁歪を誘導する。
めには、ターゲットなど母材から真空成膜法などで基板
上に薄膜を形成する。基板上に成膜するために下地膜層
を形成した後、Ｎｉ−Ｍｎ−Ｇａ系合金の磁性膜層を形
成し、真空中または非酸化性雰囲気中で熱処理を行うこ
とにより大きな磁歪を誘導する。
【０００６】即ち、本発明の強磁性超磁歪膜は、基板
と、前記基板上に形成された下地膜層と、前記下地膜層
上に形成された磁性膜層を備える強磁性超磁歪膜であっ
て、前記下地膜層はタンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）
のいずれか一種以上から構成され、且つ前記磁性膜層は
Ｎｉ量が４５原子％以上且つ５８原子％以下で、Ｍｎ量
が１８原子％以上且つ２８原子％以下で残部Ｇａおよび
不可避不純物を有するＮｉ−Ｍｎ‐Ｇａ系合金であるこ
とを特徴とする。これにより優れた強磁性超磁歪膜が実
現される。Ｎｉ量とＭｎ量のさらに好ましい範囲は、Ｎ
ｉ量が４８原子％以上且つ５５原子％以下で、Ｍｎ量が
２０原子％以上且つ２６原子％以下である。また、磁性
膜層は１００ｎｍ以上且つ３０００ｎｍ以下の厚さで形
成されていることが好ましい。あまりに薄いと十分な強
磁性特性と超磁歪特性が得られない。また厚さが３００
０ｎｍを超えると、薄膜の残留応力により基板から剥離
し素子化が困難となる。ここで、原子％とは、磁性膜層
もしくはその任意の一部について、構成する全原子の数
を１００としたときに、含有される各々の元素の数を百
分率で表現する単位である。例えば、Ｎｉ量が４５原子
％とは、磁性膜層の表面を定量分析したときに、検知し
た全原子数（１００％）に対してＮｉ原子の個数が４５
％であることに相当する。磁性膜層を定量分析したとき
の単位がｍａｓｓ％（＝重量％もしくはｗｔ％）である
場合、前記磁性膜層はＮｉ量が５０〜５８ｍａｓｓ％
で、Ｍｎ量が２１〜２３ｍａｓｓ％で残部Ｇａおよび不
可避不純物を有するＮｉ−Ｍｎ−Ｇａ系合金を用いる。
なお、不可避的不純物としては、磁性膜層の作製に用い
る原料、例えばＪＩＳで規定されるＮｉ、Ｍｎ、Ｇａお
よびそれらの化合物に含まれる不純物元素が挙げられ
る。他にも、磁性膜層やその原料を形成する工程で含ま
れ得る気体元素（酸素、窒素、水素等）等も不可避的不
純物に含まれる。これら不可避的不純物はｐｐｍオーダ
ー、すなわち１０−４原子％もしくは１０−４ｍａｓｓ
％の単位もしくはそれ以下であることが望ましい。より
好ましいは組成分析装置の測定限界以下もしくは数ｐｐ
ｍ以下とする。基板とは、下地膜層を介して磁性膜層を
支える部材である。“基板上”とは基板の面に下地膜層
と磁性膜層が形成されている状態を指し、配置の上下関
係を束縛する用語ではない。
と、前記基板上に形成された下地膜層と、前記下地膜層
上に形成された磁性膜層を備える強磁性超磁歪膜であっ
て、前記下地膜層はタンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）
のいずれか一種以上から構成され、且つ前記磁性膜層は
Ｎｉ量が４５原子％以上且つ５８原子％以下で、Ｍｎ量
が１８原子％以上且つ２８原子％以下で残部Ｇａおよび
不可避不純物を有するＮｉ−Ｍｎ‐Ｇａ系合金であるこ
とを特徴とする。これにより優れた強磁性超磁歪膜が実
現される。Ｎｉ量とＭｎ量のさらに好ましい範囲は、Ｎ
ｉ量が４８原子％以上且つ５５原子％以下で、Ｍｎ量が
２０原子％以上且つ２６原子％以下である。また、磁性
膜層は１００ｎｍ以上且つ３０００ｎｍ以下の厚さで形
成されていることが好ましい。あまりに薄いと十分な強
磁性特性と超磁歪特性が得られない。また厚さが３００
０ｎｍを超えると、薄膜の残留応力により基板から剥離
し素子化が困難となる。ここで、原子％とは、磁性膜層
もしくはその任意の一部について、構成する全原子の数
を１００としたときに、含有される各々の元素の数を百
分率で表現する単位である。例えば、Ｎｉ量が４５原子
％とは、磁性膜層の表面を定量分析したときに、検知し
た全原子数（１００％）に対してＮｉ原子の個数が４５
％であることに相当する。磁性膜層を定量分析したとき
の単位がｍａｓｓ％（＝重量％もしくはｗｔ％）である
場合、前記磁性膜層はＮｉ量が５０〜５８ｍａｓｓ％
で、Ｍｎ量が２１〜２３ｍａｓｓ％で残部Ｇａおよび不
可避不純物を有するＮｉ−Ｍｎ−Ｇａ系合金を用いる。
なお、不可避的不純物としては、磁性膜層の作製に用い
る原料、例えばＪＩＳで規定されるＮｉ、Ｍｎ、Ｇａお
よびそれらの化合物に含まれる不純物元素が挙げられ
る。他にも、磁性膜層やその原料を形成する工程で含ま
れ得る気体元素（酸素、窒素、水素等）等も不可避的不
純物に含まれる。これら不可避的不純物はｐｐｍオーダ
ー、すなわち１０−４原子％もしくは１０−４ｍａｓｓ
％の単位もしくはそれ以下であることが望ましい。より
好ましいは組成分析装置の測定限界以下もしくは数ｐｐ
ｍ以下とする。基板とは、下地膜層を介して磁性膜層を
支える部材である。“基板上”とは基板の面に下地膜層
と磁性膜層が形成されている状態を指し、配置の上下関
係を束縛する用語ではない。
【０００７】本発明の強磁性超磁歪膜は、下地膜層にタ
ンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）のいずれか一種以上の
組成から成り、下地膜層の膜厚は特に制限されるもので
はないが、厚い膜厚は生産上好ましくなく、さらに素子
の超磁歪特性が低下する薄い膜厚ではその上に形成する
強磁性磁歪膜の特性発現に有効ではないため、０．１ｎ
ｍ以上且つ１００ｎｍ以下の範囲とするのが好ましい。
下地膜層はＮｉ−Ｍｎ−Ｇａ系合金強磁性超磁歪膜の結
晶配向性や膜質を改善し、強磁性特性と超磁歪特性を向
上させる効果を有する。さらに、強磁性磁歪膜層の機械
的破壊や耐食性を高めるために下地膜層と同一な材料で
保護膜を設けても良い。
ンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）のいずれか一種以上の
組成から成り、下地膜層の膜厚は特に制限されるもので
はないが、厚い膜厚は生産上好ましくなく、さらに素子
の超磁歪特性が低下する薄い膜厚ではその上に形成する
強磁性磁歪膜の特性発現に有効ではないため、０．１ｎ
ｍ以上且つ１００ｎｍ以下の範囲とするのが好ましい。
下地膜層はＮｉ−Ｍｎ−Ｇａ系合金強磁性超磁歪膜の結
晶配向性や膜質を改善し、強磁性特性と超磁歪特性を向
上させる効果を有する。さらに、強磁性磁歪膜層の機械
的破壊や耐食性を高めるために下地膜層と同一な材料で
保護膜を設けても良い。
【０００８】本発明の強磁性超磁歪膜の熱処理方法は、
成膜後に真空中または非酸化性雰囲気中で７２３Ｋ以上
且つ９７３Ｋ以下の熱処理を施す。大気中の熱処理では
膜が酸化され所望する特性が発現しない。熱処理を行う
ことにより結晶性が改善し、優れた強磁性特性と超磁歪
特性が実現する。７２３Ｋ未満では前記効果が得らな
い。上限の温度は特に制限されるものではないが、基板
の耐熱温度などから基板材種が限定され生産上好ましく
ない。７７３Ｋ以上且つ９７３Ｋ以下では特に優れた強
磁性特性と超磁歪特性が得られる。従来のバルク材では
用いない低温度である７７３Ｋ以上且つ９７３Ｋ以下の
熱処理温度で優れた強磁性特性と超磁歪特性であること
を特徴とする。より詳細には、本発明の強磁性超磁歪膜
の熱処理方法は、基板上に下地膜層を形成し、前記下地
膜層上にＮｉ量が４５原子％以上且つ５８原子％以下
で、Ｍｎ量が１８原子％以上且つ２８原子％以下で残部
Ｇａおよび不可避不純物を有するＮｉ−Ｍｎ−Ｇａ系合
金の磁性膜層を形成し、その後真空中または非酸化性雰
囲気中で７２３Ｋ以上且つ９７３Ｋ以下の熱処理を施す
ことを特徴とする。
成膜後に真空中または非酸化性雰囲気中で７２３Ｋ以上
且つ９７３Ｋ以下の熱処理を施す。大気中の熱処理では
膜が酸化され所望する特性が発現しない。熱処理を行う
ことにより結晶性が改善し、優れた強磁性特性と超磁歪
特性が実現する。７２３Ｋ未満では前記効果が得らな
い。上限の温度は特に制限されるものではないが、基板
の耐熱温度などから基板材種が限定され生産上好ましく
ない。７７３Ｋ以上且つ９７３Ｋ以下では特に優れた強
磁性特性と超磁歪特性が得られる。従来のバルク材では
用いない低温度である７７３Ｋ以上且つ９７３Ｋ以下の
熱処理温度で優れた強磁性特性と超磁歪特性であること
を特徴とする。より詳細には、本発明の強磁性超磁歪膜
の熱処理方法は、基板上に下地膜層を形成し、前記下地
膜層上にＮｉ量が４５原子％以上且つ５８原子％以下
で、Ｍｎ量が１８原子％以上且つ２８原子％以下で残部
Ｇａおよび不可避不純物を有するＮｉ−Ｍｎ−Ｇａ系合
金の磁性膜層を形成し、その後真空中または非酸化性雰
囲気中で７２３Ｋ以上且つ９７３Ｋ以下の熱処理を施す
ことを特徴とする。
【０００９】本発明のＮｉ−Ｍｎ−Ｇａ系合金強磁性超
磁歪膜は、Ｘ線回折より得られたａ軸の格子定数が従来
のバルク材の０．５８３より小さい、０.５８０ｎｍ以下
で優れた強磁性特性と超磁歪特性が実現する。かつａ軸
とｃ軸の格子定数比ｃ／ａが０．９５以下では特に優れ
た強磁性特性と超磁歪特性が得られる。０．９５を超え
る領域では目的とする超磁歪特性が十分発現しない。よ
り詳細には、本発明の強磁性超磁歪膜は、基板と、前記
基板上に形成された下地膜層と、前記下地膜層上に形成
された磁性膜層を備える強磁性超磁歪膜であって、前記
磁性膜層はＮｉ−Ｍｎ−Ｇａ系合金であり、前記Ｎｉ−
Ｍｎ−Ｇａ系合金のａ軸の格子定数が０.５８ｎｍ以下
であり、かつａ軸とｃ軸の格子定数比ｃ／ａが０．９５
以下であることを特徴とする。ｃ／ａにおいて、ａがａ
軸の格子定数であり、ｃがｃ軸の格子定数に相当する。
磁歪膜は、Ｘ線回折より得られたａ軸の格子定数が従来
のバルク材の０．５８３より小さい、０.５８０ｎｍ以下
で優れた強磁性特性と超磁歪特性が実現する。かつａ軸
とｃ軸の格子定数比ｃ／ａが０．９５以下では特に優れ
た強磁性特性と超磁歪特性が得られる。０．９５を超え
る領域では目的とする超磁歪特性が十分発現しない。よ
り詳細には、本発明の強磁性超磁歪膜は、基板と、前記
基板上に形成された下地膜層と、前記下地膜層上に形成
された磁性膜層を備える強磁性超磁歪膜であって、前記
磁性膜層はＮｉ−Ｍｎ−Ｇａ系合金であり、前記Ｎｉ−
Ｍｎ−Ｇａ系合金のａ軸の格子定数が０.５８ｎｍ以下
であり、かつａ軸とｃ軸の格子定数比ｃ／ａが０．９５
以下であることを特徴とする。ｃ／ａにおいて、ａがａ
軸の格子定数であり、ｃがｃ軸の格子定数に相当する。
【００１０】なお、本発明では基板上に下地膜層、磁性
膜層を一層ずつ形成しているが、下地膜層と磁性膜層を
交互に複数層重ねても良い。基板は熱膨張係数や耐熱温
度などを考慮の上その材料を選定して良い。
膜層を一層ずつ形成しているが、下地膜層と磁性膜層を
交互に複数層重ねても良い。基板は熱膨張係数や耐熱温
度などを考慮の上その材料を選定して良い。
【００１１】本発明の強磁性超磁歪膜の作製にはスパッ
タ法、イオンビーム法などを用いることが出来る。
タ法、イオンビーム法などを用いることが出来る。
【００１２】本発明は、上記本発明のいずれかに係る強
磁性超磁歪膜と、前記強磁性超磁歪膜に磁場を印加する
手段（例えば導体もしくはコイル）を備えるアクチュエ
ータを構成することができる。さらに、前記基板が、カ
ンチレバー、片持ち梁もしくは両持ち梁を構成し、前記
強磁性超磁歪膜に磁場を印加することにより、前記基板
を変位させることができる。特に、ＭＥＭＳ（Micro E
lectro MechanicalSystem）や微小なマイクロアクチュ
エータ等に、本発明に係る強磁性超磁歪膜を適用するこ
とが望ましい。
磁性超磁歪膜と、前記強磁性超磁歪膜に磁場を印加する
手段（例えば導体もしくはコイル）を備えるアクチュエ
ータを構成することができる。さらに、前記基板が、カ
ンチレバー、片持ち梁もしくは両持ち梁を構成し、前記
強磁性超磁歪膜に磁場を印加することにより、前記基板
を変位させることができる。特に、ＭＥＭＳ（Micro E
lectro MechanicalSystem）や微小なマイクロアクチュ
エータ等に、本発明に係る強磁性超磁歪膜を適用するこ
とが望ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】次に本発明の強磁性超磁歪膜を実
施例によって具体的に説明するが、これら実施例により
本発明が限定されるものではない。 （実施例１）片面が研磨され、表面に１μｍ酸化処理を
施したＳｉ基板と両面研磨されたガラス基板を用い、ス
パッタ装置内に設置し、下地膜層用にＴａターゲットを、
磁性膜層に５３原子％Ｎｉ−２１．５原子％Ｍｎ−２
５．５原子％Ｇａターゲットをスパッタ装置内に設置し
た。装置内を３×１０−５Ｐａ以下まで排気した後、Ａ
ｒガスを１００ｍｌ/ｓ流し、装置内の圧力を０．３５Ｐ
ａに保ち、放電出力２００Ｗで放電させ基板洗浄を６０
ｓ（６０秒）行った。放電出力１５０Ｗに設定し、下地
膜層に用いるＴａターゲットに放電させ基板上にＴａ下
地膜層を５０ｎｍ成膜した。その後、５３原子％Ｎｉ−
２１．５原子％Ｍｎ−２５．５原子％Ｇａターゲットに
放電させ、磁性膜層を２００ｎｍ形成し、本発明の強磁性
超磁歪膜（発明品１-１）を得た。磁性膜層の膜厚の影
響を調査するため、５００ｎｍの磁性膜層の強磁性超磁
歪膜（発明品１‐２）、１０００ｎｍの磁性膜層の強磁
性超磁歪膜（発明品１‐３）、３０００ｎｍの磁性膜層
の強磁性超磁歪膜（発明品１‐４）をそれぞれ製造し
た。ガス流量の単位ｍｌ／ｓは、１秒当たり１０−６立
方メートルのガスを流すこと（１０−６（ｍ３／ｓ））
に相当する。
施例によって具体的に説明するが、これら実施例により
本発明が限定されるものではない。 （実施例１）片面が研磨され、表面に１μｍ酸化処理を
施したＳｉ基板と両面研磨されたガラス基板を用い、ス
パッタ装置内に設置し、下地膜層用にＴａターゲットを、
磁性膜層に５３原子％Ｎｉ−２１．５原子％Ｍｎ−２
５．５原子％Ｇａターゲットをスパッタ装置内に設置し
た。装置内を３×１０−５Ｐａ以下まで排気した後、Ａ
ｒガスを１００ｍｌ/ｓ流し、装置内の圧力を０．３５Ｐ
ａに保ち、放電出力２００Ｗで放電させ基板洗浄を６０
ｓ（６０秒）行った。放電出力１５０Ｗに設定し、下地
膜層に用いるＴａターゲットに放電させ基板上にＴａ下
地膜層を５０ｎｍ成膜した。その後、５３原子％Ｎｉ−
２１．５原子％Ｍｎ−２５．５原子％Ｇａターゲットに
放電させ、磁性膜層を２００ｎｍ形成し、本発明の強磁性
超磁歪膜（発明品１-１）を得た。磁性膜層の膜厚の影
響を調査するため、５００ｎｍの磁性膜層の強磁性超磁
歪膜（発明品１‐２）、１０００ｎｍの磁性膜層の強磁
性超磁歪膜（発明品１‐３）、３０００ｎｍの磁性膜層
の強磁性超磁歪膜（発明品１‐４）をそれぞれ製造し
た。ガス流量の単位ｍｌ／ｓは、１秒当たり１０−６立
方メートルのガスを流すこと（１０−６（ｍ３／ｓ））
に相当する。
【００１４】また、熱処理温度の影響を調査するため、発
明品１‐１に対しては、真空熱処理炉を用いて熱処理温
度を５７３〜１０７３Ｋの所定の温度で実験を行った。
熱処理時間は１時間で試料の酸化防止のため、６．７×
１０−３Ｐａ以下の真空中で熱処理を行い、発明品１‐
２から発明品１‐４に対しては熱処理温度を８７３Ｋ、
熱処理時間を1時間、酸化防止のため６．７×１０−３Ｐ
ａ以下の真空中で熱処理を行い、特性を評価した。
明品１‐１に対しては、真空熱処理炉を用いて熱処理温
度を５７３〜１０７３Ｋの所定の温度で実験を行った。
熱処理時間は１時間で試料の酸化防止のため、６．７×
１０−３Ｐａ以下の真空中で熱処理を行い、発明品１‐
２から発明品１‐４に対しては熱処理温度を８７３Ｋ、
熱処理時間を1時間、酸化防止のため６．７×１０−３Ｐ
ａ以下の真空中で熱処理を行い、特性を評価した。
【００１５】（比較例１）磁性膜層の膜厚による影響を
比較するため、比較実験を行った。実施例１と同様にＳ
ｉ基板とガラス基板を用い、スパッタ装置内に設置し、下
地膜層用にＴａターゲットを、磁性膜層に実施例１と同
様の５４原子％Ｎｉ‐２１原子％Ｍｎ‐２５原子％Ｇａ
ターゲットをスパッタ装置内に設置した。装置内を３×
１０−５Ｐａ以下まで排気した後、Ａｒガスを１００ｍ
ｌ/ｓ流し、装置内の圧力を０．３５Ｐａに保ち、放電出
力２００Ｗで放電させ基板洗浄を６０ｓ（６０秒）行っ
た。放電出力１５０Ｗに設定し、下地膜層に用いるＴａ
ターゲットに放電させ基板上にＴａ下地膜層を５０ｎｍ
成膜した。その後、５４原子％Ｎｉ‐２１原子％Ｍｎ‐
２５原子％Ｇａターゲットに放電させ、磁性膜層を５０
００ｎｍ形成し、比較用の強磁性超磁歪膜（比較品１）
を得た。
比較するため、比較実験を行った。実施例１と同様にＳ
ｉ基板とガラス基板を用い、スパッタ装置内に設置し、下
地膜層用にＴａターゲットを、磁性膜層に実施例１と同
様の５４原子％Ｎｉ‐２１原子％Ｍｎ‐２５原子％Ｇａ
ターゲットをスパッタ装置内に設置した。装置内を３×
１０−５Ｐａ以下まで排気した後、Ａｒガスを１００ｍ
ｌ/ｓ流し、装置内の圧力を０．３５Ｐａに保ち、放電出
力２００Ｗで放電させ基板洗浄を６０ｓ（６０秒）行っ
た。放電出力１５０Ｗに設定し、下地膜層に用いるＴａ
ターゲットに放電させ基板上にＴａ下地膜層を５０ｎｍ
成膜した。その後、５４原子％Ｎｉ‐２１原子％Ｍｎ‐
２５原子％Ｇａターゲットに放電させ、磁性膜層を５０
００ｎｍ形成し、比較用の強磁性超磁歪膜（比較品１）
を得た。
【００１６】また、熱処理条件は実施例１と同様に、熱処
理温度を８７３Ｋ、熱処理時間を1時間、酸化防止のため
６．７×１０−３Ｐａ以下の真空中で熱処理を行い、特
性を評価した。
理温度を８７３Ｋ、熱処理時間を1時間、酸化防止のため
６．７×１０−３Ｐａ以下の真空中で熱処理を行い、特
性を評価した。
【００１７】発明品1‐１を５７３〜１０７３Ｋの熱処
理後に磁気特性をＶＳＭ（振動型磁力計）を用いて測定
磁界２００ｋＡ/ｍで評価し、図１に熱処理温度と飽和磁
化の関係を示す。成膜上がりでは、飽和磁化が得られな
いが、熱処理を行うことにより飽和磁化が得られ、７２３
〜９７３Ｋで０．２Ｔ以上の飽和磁化が得られた。さら
に７７３〜９２３Ｋでは０.３５Ｔ以上の飽和磁化が得
られることがわかる。
理後に磁気特性をＶＳＭ（振動型磁力計）を用いて測定
磁界２００ｋＡ/ｍで評価し、図１に熱処理温度と飽和磁
化の関係を示す。成膜上がりでは、飽和磁化が得られな
いが、熱処理を行うことにより飽和磁化が得られ、７２３
〜９７３Ｋで０．２Ｔ以上の飽和磁化が得られた。さら
に７７３〜９２３Ｋでは０.３５Ｔ以上の飽和磁化が得
られることがわかる。
【００１８】また、磁歪測定装置を用いて、測定磁界１２
０ｋＡ/ｍで磁歪を評価し、図２に熱処理温度と磁歪の関
係を示す。熱処理を行うことにより磁歪値が向上し、７
７３〜９２３Ｋでは４×１０−６以上の磁歪が得られる
ことがわかる。
０ｋＡ/ｍで磁歪を評価し、図２に熱処理温度と磁歪の関
係を示す。熱処理を行うことにより磁歪値が向上し、７
７３〜９２３Ｋでは４×１０−６以上の磁歪が得られる
ことがわかる。
【００１９】また、図３に３２７Ｋ熱処理後の磁性膜層
の膜厚と膜応力との関係を示す。磁性膜層の膜厚が厚く
なるにしたがい、膜応力が高くなることがわかる。磁性
膜層を５０００ｎｍ形成した比較品１は８７３Ｋ熱処理
後に膜応力が膜の付着力より高くなり膜剥離が発生し
た。
の膜厚と膜応力との関係を示す。磁性膜層の膜厚が厚く
なるにしたがい、膜応力が高くなることがわかる。磁性
膜層を５０００ｎｍ形成した比較品１は８７３Ｋ熱処理
後に膜応力が膜の付着力より高くなり膜剥離が発生し
た。
【００２０】（実施例２）実施例1で用いたＳｉウエハ
と両面研磨されたガラス基板を用い、スパッタ装置内に
設置し、下地膜層用にＴａターゲットを、磁性膜層に５４
原子％Ｎｉ‐２１原子％Ｍｎ‐２５原子％Ｇａ、５２原
子％Ｎｉ‐２３原子％Ｍｎ‐２５原子％Ｇａターゲット
をそれぞれスパッタ装置内に設置した。装置内を３×１
０−５Ｐａ以下まで排気した後、Ａｒガスを１００ｍｌ/
ｓ流し、装置内の圧力を０．３５Ｐａに保ち、放電出力２
００Ｗで放電させ基板洗浄を６０ｓ行った。放電出力１
５０Ｗに設定し、下地膜層に用いるＴａターゲットに放
電させ基板上にＴａ下地膜層を５０ｎｍ成膜した。その
後、５４原子％Ｎｉ‐２１原子％Ｍｎ‐２５原子％Ｇａ
ターゲットに放電させ、磁性膜層を２００ｎｍ形成し、本
発明の強磁性超磁歪膜（発明品２‐１）を得た。また、
５２原子％Ｎｉ‐２３原子％Ｍｎ‐２５原子％Ｇａ組成
の磁性膜層を有する強磁性超磁歪膜（発明品２‐２）を
それぞれ製造した。
と両面研磨されたガラス基板を用い、スパッタ装置内に
設置し、下地膜層用にＴａターゲットを、磁性膜層に５４
原子％Ｎｉ‐２１原子％Ｍｎ‐２５原子％Ｇａ、５２原
子％Ｎｉ‐２３原子％Ｍｎ‐２５原子％Ｇａターゲット
をそれぞれスパッタ装置内に設置した。装置内を３×１
０−５Ｐａ以下まで排気した後、Ａｒガスを１００ｍｌ/
ｓ流し、装置内の圧力を０．３５Ｐａに保ち、放電出力２
００Ｗで放電させ基板洗浄を６０ｓ行った。放電出力１
５０Ｗに設定し、下地膜層に用いるＴａターゲットに放
電させ基板上にＴａ下地膜層を５０ｎｍ成膜した。その
後、５４原子％Ｎｉ‐２１原子％Ｍｎ‐２５原子％Ｇａ
ターゲットに放電させ、磁性膜層を２００ｎｍ形成し、本
発明の強磁性超磁歪膜（発明品２‐１）を得た。また、
５２原子％Ｎｉ‐２３原子％Ｍｎ‐２５原子％Ｇａ組成
の磁性膜層を有する強磁性超磁歪膜（発明品２‐２）を
それぞれ製造した。
【００２１】また、熱処理温度は熱処理温度を８７３Ｋ、
熱処理時間を1時間、酸化防止のため６．７×１０−３Ｐ
ａ以下の真空中で熱処理を行い、特性を評価した。
熱処理時間を1時間、酸化防止のため６．７×１０−３Ｐ
ａ以下の真空中で熱処理を行い、特性を評価した。
【００２２】（比較例２）磁性膜層の膜組成による影響
を比較するため、比較実験を行った。実施例２と同様に
Ｓｉ基板とガラス基板を用い、スパッタ装置内に設置し、
下地膜層用にＴａターゲットを、磁性膜層に４４原子％
Ｎｉ‐３５原子％Ｍｎ‐２１原子％Ｇａターゲットをス
パッタ装置内に設置した。装置内を３×１０−５Ｐａ以
下まで排気した後、Ａｒガスを１００ｍｌ/ｓ流し、装置
内の圧力を０．３５Ｐａに保ち、放電出力２００Ｗで放
電させ基板洗浄を６０ｓ行った。放電出力１５０Ｗに設
定し、下地膜層に用いるＴａターゲットに放電させ基板
上にＴａ下地膜層を５０ｎｍ成膜した。その後、４４原
子％Ｎｉ‐３５原子％Ｍｎ‐２１原子％Ｇａターゲット
に放電させ、磁性膜層を２００ｎｍ形成し、比較用の強磁
性超磁歪膜（比較品２）を得た。
を比較するため、比較実験を行った。実施例２と同様に
Ｓｉ基板とガラス基板を用い、スパッタ装置内に設置し、
下地膜層用にＴａターゲットを、磁性膜層に４４原子％
Ｎｉ‐３５原子％Ｍｎ‐２１原子％Ｇａターゲットをス
パッタ装置内に設置した。装置内を３×１０−５Ｐａ以
下まで排気した後、Ａｒガスを１００ｍｌ/ｓ流し、装置
内の圧力を０．３５Ｐａに保ち、放電出力２００Ｗで放
電させ基板洗浄を６０ｓ行った。放電出力１５０Ｗに設
定し、下地膜層に用いるＴａターゲットに放電させ基板
上にＴａ下地膜層を５０ｎｍ成膜した。その後、４４原
子％Ｎｉ‐３５原子％Ｍｎ‐２１原子％Ｇａターゲット
に放電させ、磁性膜層を２００ｎｍ形成し、比較用の強磁
性超磁歪膜（比較品２）を得た。
【００２３】また、熱処理条件は実施例２と同様に、熱処
理温度を８７３Ｋ、熱処理時間を1時間、酸化防止のため
６．７×１０−３Ｐａ以下の真空中で熱処理を行い、特
性を評価した。
理温度を８７３Ｋ、熱処理時間を1時間、酸化防止のため
６．７×１０−３Ｐａ以下の真空中で熱処理を行い、特
性を評価した。
【００２４】図４には実施例２と比較例２で作製した発
明品２−１と発明品２−２と比較品２の室温でのＸ線回
折結果を示す。図４より２θが４３°付近に発明品、比
較品ともＮｉ-Ｍｎ-Ｇａの（２２０）面の回折ピークが
発現した。それぞれのａ軸の格子定数を測定すると発明
品２−１と発明品２−２は０.５７８６ｎｍと０.５８０
０ｎｍである。一方、比較品２は０.５８１６ｎｍと大
きい。このとき、測定磁界１２０ｋＡ/ｍで磁歪を測定
した結果、発明品２−１と発明品２−２の磁歪値は９．
０×１０−６と８．５×１０−６と高く、比較品２は
３．０×１０−６と低いことがわかった。
明品２−１と発明品２−２と比較品２の室温でのＸ線回
折結果を示す。図４より２θが４３°付近に発明品、比
較品ともＮｉ-Ｍｎ-Ｇａの（２２０）面の回折ピークが
発現した。それぞれのａ軸の格子定数を測定すると発明
品２−１と発明品２−２は０.５７８６ｎｍと０.５８０
０ｎｍである。一方、比較品２は０.５８１６ｎｍと大
きい。このとき、測定磁界１２０ｋＡ/ｍで磁歪を測定
した結果、発明品２−１と発明品２−２の磁歪値は９．
０×１０−６と８．５×１０−６と高く、比較品２は
３．０×１０−６と低いことがわかった。
【００２５】（実施例３）実施例２で用いたＳｉウエハ
と両面研磨されたガラス基板を用い、スパッタ装置内に
設置し、下地膜層用にＴａターゲットを、５１原子％Ｎｉ
‐２５原子％Ｍｎ‐２４原子％Ｇａ、４８．５原子％Ｎ
ｉ‐２６原子％Ｍｎ‐２５．５原子％Ｇａターゲットを
それぞれスパッタ装置内に設置した。装置内を３×１０
−５Ｐａ以下まで排気した後、Ａｒガスを１００ｍｌ/ｓ
流し、装置内の圧力を０．３５Ｐａに保ち、放電出力２０
０Ｗで放電させ基板洗浄を６０ｓ行った。放電出力１５
０Ｗに設定し、下地膜層に用いるＴａターゲットに放電
させ基板上にＴａ下地膜層を５０ｎｍ成膜した。その
後、５１原子％Ｎｉ‐２５原子％Ｍｎ‐２４原子％Ｇａ
ターゲットに放電させ、磁性膜層を２００ｎｍ形成し、本
発明の強磁性超磁歪膜（発明品３‐１）を得た。また、
４８．５原子％Ｎｉ‐２６原子％Ｍｎ‐２５．５原子％
Ｇａ組成の磁性膜層を有する強磁性超磁歪膜（発明品３
‐２）をそれぞれ製造した。
と両面研磨されたガラス基板を用い、スパッタ装置内に
設置し、下地膜層用にＴａターゲットを、５１原子％Ｎｉ
‐２５原子％Ｍｎ‐２４原子％Ｇａ、４８．５原子％Ｎ
ｉ‐２６原子％Ｍｎ‐２５．５原子％Ｇａターゲットを
それぞれスパッタ装置内に設置した。装置内を３×１０
−５Ｐａ以下まで排気した後、Ａｒガスを１００ｍｌ/ｓ
流し、装置内の圧力を０．３５Ｐａに保ち、放電出力２０
０Ｗで放電させ基板洗浄を６０ｓ行った。放電出力１５
０Ｗに設定し、下地膜層に用いるＴａターゲットに放電
させ基板上にＴａ下地膜層を５０ｎｍ成膜した。その
後、５１原子％Ｎｉ‐２５原子％Ｍｎ‐２４原子％Ｇａ
ターゲットに放電させ、磁性膜層を２００ｎｍ形成し、本
発明の強磁性超磁歪膜（発明品３‐１）を得た。また、
４８．５原子％Ｎｉ‐２６原子％Ｍｎ‐２５．５原子％
Ｇａ組成の磁性膜層を有する強磁性超磁歪膜（発明品３
‐２）をそれぞれ製造した。
【００２６】また、熱処理温度は熱処理温度を８７３Ｋ、
熱処理時間を1時間、酸化防止のため６．７×１０−３Ｐ
ａ以下の真空中で熱処理を行い、特性を評価した。
熱処理時間を1時間、酸化防止のため６．７×１０−３Ｐ
ａ以下の真空中で熱処理を行い、特性を評価した。
【００２７】（比較例３）磁性膜層の膜組成による影響
を比較するため、比較実験を行った。実施例３と同様に
Ｓｉ基板とガラス基板を用い、スパッタ装置内に設置し、
下地膜層用にＴａターゲットを、磁性膜層に５６原子％
Ｎｉ‐１５原子％Ｍｎ‐２９原子％Ｇａをスパッタ装置
内に設置した。装置内を３×１０−５Ｐａ以下まで排気
した後、Ａｒガスを１００ｍｌ/ｓ流し、装置内の圧力を
０．３５Ｐａに保ち、放電出力２００Ｗで放電させ基板
洗浄を６０ｓ行った。放電出力１５０Ｗに設定し、下地
膜層に用いるＴａターゲットに放電させ基板上にＴａ下
地膜層を５０ｎｍ成膜した。その後、５６原子％Ｎｉ‐
１５原子％Ｍｎ‐２９原子％Ｇａターゲットに放電さ
せ、磁性膜層を２００ｎｍ形成し、比較用の強磁性超磁歪
膜（比較品３）を得た。
を比較するため、比較実験を行った。実施例３と同様に
Ｓｉ基板とガラス基板を用い、スパッタ装置内に設置し、
下地膜層用にＴａターゲットを、磁性膜層に５６原子％
Ｎｉ‐１５原子％Ｍｎ‐２９原子％Ｇａをスパッタ装置
内に設置した。装置内を３×１０−５Ｐａ以下まで排気
した後、Ａｒガスを１００ｍｌ/ｓ流し、装置内の圧力を
０．３５Ｐａに保ち、放電出力２００Ｗで放電させ基板
洗浄を６０ｓ行った。放電出力１５０Ｗに設定し、下地
膜層に用いるＴａターゲットに放電させ基板上にＴａ下
地膜層を５０ｎｍ成膜した。その後、５６原子％Ｎｉ‐
１５原子％Ｍｎ‐２９原子％Ｇａターゲットに放電さ
せ、磁性膜層を２００ｎｍ形成し、比較用の強磁性超磁歪
膜（比較品３）を得た。
【００２８】また、熱処理条件は実施例３と同様に、熱処
理温度を８７３Ｋ、熱処理時間を1時間、酸化防止のため
６．７×１０−３Ｐａ以下の真空中で熱処理を行い、特
性を評価した。
理温度を８７３Ｋ、熱処理時間を1時間、酸化防止のため
６．７×１０−３Ｐａ以下の真空中で熱処理を行い、特
性を評価した。
【００２９】図５には実施例３と比較例３で作製した発
明品３−１と発明品３−２と比較品３の室温でのＸ線回
折結果を示す。図５より２θが４３°付近に発明品、比
較品ともＮｉ-Ｍｎ-Ｇａの低角度側に（２２０）面の回
折ピークが、広角度側に（２０２）面の回折ピークが発
現し、正方晶構造であることがわかる。それぞれのａ軸
とｃ軸の格子定数比ｃ／ａを測定すると発明品３−１と
発明品３−２は０.９５０と０.９４５である。一方、比
較品３は０.９６２と大きい。このとき、測定磁界１２
０ｋＡ/ｍで磁歪を測定した結果、発明品３−１と発明
品３−２の磁歪値は７．５×１０−６と６．０×１０
−６と高く、比較品３は１．０×１０−６と低いことが
わかった。
明品３−１と発明品３−２と比較品３の室温でのＸ線回
折結果を示す。図５より２θが４３°付近に発明品、比
較品ともＮｉ-Ｍｎ-Ｇａの低角度側に（２２０）面の回
折ピークが、広角度側に（２０２）面の回折ピークが発
現し、正方晶構造であることがわかる。それぞれのａ軸
とｃ軸の格子定数比ｃ／ａを測定すると発明品３−１と
発明品３−２は０.９５０と０.９４５である。一方、比
較品３は０.９６２と大きい。このとき、測定磁界１２
０ｋＡ/ｍで磁歪を測定した結果、発明品３−１と発明
品３−２の磁歪値は７．５×１０−６と６．０×１０
−６と高く、比較品３は１．０×１０−６と低いことが
わかった。
【００３０】
【発明の効果】上述のように、本発明の強磁性超磁歪膜
によれば、Ｎｉ-Ｍｎ-Ｇａ系合金を所定の構成で成膜し、
所定の温度で熱処理することにより強磁性特性と超磁歪
特性を有する優れた強磁性超磁歪膜を実現することがで
きる。
によれば、Ｎｉ-Ｍｎ-Ｇａ系合金を所定の構成で成膜し、
所定の温度で熱処理することにより強磁性特性と超磁歪
特性を有する優れた強磁性超磁歪膜を実現することがで
きる。
【図１】本発明の強磁性超磁歪膜の飽和磁化の熱処理温
度依存性を示した図である。
度依存性を示した図である。
【図２】本発明の強磁性超磁歪膜の磁歪の熱処理温度依
存性を示した図である。
存性を示した図である。
【図３】本発明の強磁性超磁歪膜の膜応力の膜厚依存性
を示した図である。
を示した図である。
【図４】強磁性超磁歪膜の膜組成を変えて８７３Ｋで熱
処理をしたときのＸ線回折図である。
処理をしたときのＸ線回折図である。
【図５】強磁性超磁歪膜の膜組成を変えて８７３Ｋで熱
処理をしたときのＸ線回折図である。
処理をしたときのＸ線回折図である。
Claims (4)
- 【請求項１】 基板と、前記基板上に形成された下地膜
層と、前記下地膜層上に形成された磁性膜層を備える強
磁性超磁歪膜であって、前記下地膜層はタンタル、チタ
ンのいずれか一種以上から構成され、且つ前記磁性膜層
はＮｉ量が４５原子％以上且つ５８原子％以下で、Ｍｎ
量が１８原子％以上且つ２８原子％以下で残部Ｇａおよ
び不可避不純物を有するＮｉ−Ｍｎ−Ｇａ系合金である
ことを特徴とする強磁性超磁歪膜。 - 【請求項２】 前記磁性膜層は１００ｎｍ以上且つ３０
００ｎｍ以下の厚さで形成されている請求項１に記載の
強磁性超磁歪膜。 - 【請求項３】 基板と、前記基板上に形成された下地膜
層と、前記下地膜層上に形成された磁性膜層を備える強
磁性超磁歪膜であって、前記磁性膜層はＮｉ−Ｍｎ−Ｇ
ａ系合金であり、前記Ｎｉ−Ｍｎ−Ｇａ系合金のａ軸の
格子定数が０.５８ｎｍ以下であり、かつａ軸とｃ軸の
格子定数比ｃ／ａが０．９５以下であることを特徴とす
る強磁性超磁歪膜。 - 【請求項４】 基板上に下地膜層を形成し、前記下地膜
層上にＮｉ量が４５原子％以上且つ５８原子％以下で、
Ｍｎ量が１８原子％以上且つ２８原子％以下で残部Ｇａ
および不可避不純物を有するＮｉ−Ｍｎ−Ｇａ系合金の
磁性膜層を形成し、その後真空中または非酸化性雰囲気
中で７２３Ｋ以上且つ９７３Ｋ以下の熱処理を施すこと
を特徴とする強磁性超磁歪膜の熱処理方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002083163A JP2003282992A (ja) | 2002-03-25 | 2002-03-25 | 強磁性超磁歪膜およびその熱処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002083163A JP2003282992A (ja) | 2002-03-25 | 2002-03-25 | 強磁性超磁歪膜およびその熱処理方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003282992A true JP2003282992A (ja) | 2003-10-03 |
Family
ID=29231060
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002083163A Pending JP2003282992A (ja) | 2002-03-25 | 2002-03-25 | 強磁性超磁歪膜およびその熱処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003282992A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110846551A (zh) * | 2019-11-26 | 2020-02-28 | 贵州师范大学 | 一种NiMnGaCoCu记忆合金薄条带的制备方法 |
| WO2021192069A1 (ja) * | 2020-03-25 | 2021-09-30 | Tdk株式会社 | リザボア素子及びニューロモルフィックデバイス |
-
2002
- 2002-03-25 JP JP2002083163A patent/JP2003282992A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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