JPH05101930A - 軟磁性薄膜 - Google Patents
軟磁性薄膜Info
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- JPH05101930A JPH05101930A JP3260294A JP26029491A JPH05101930A JP H05101930 A JPH05101930 A JP H05101930A JP 3260294 A JP3260294 A JP 3260294A JP 26029491 A JP26029491 A JP 26029491A JP H05101930 A JPH05101930 A JP H05101930A
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y25/00—Nanomagnetism, e.g. magnetoimpedance, anisotropic magnetoresistance, giant magnetoresistance or tunneling magnetoresistance
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
- H01F41/14—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates
- H01F41/30—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates for applying nanostructures, e.g. by molecular beam epitaxy [MBE]
- H01F41/302—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates for applying nanostructures, e.g. by molecular beam epitaxy [MBE] for applying spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
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Abstract
(57)【要約】
【目的】本発明は、成膜後に熱処理を施さなくても高い
透磁率を高周波帯域まで保持できる高い飽和磁束密度を
有する軟磁性薄膜を提供することを目的とする。 【構成】本発明は、Ｆｅを主とする磁性層と高電気抵抗
を有する磁性層を両磁性層間に非磁性層を挾むことなく
交互に積層して構成する。
透磁率を高周波帯域まで保持できる高い飽和磁束密度を
有する軟磁性薄膜を提供することを目的とする。 【構成】本発明は、Ｆｅを主とする磁性層と高電気抵抗
を有する磁性層を両磁性層間に非磁性層を挾むことなく
交互に積層して構成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は高周波領域で使用される
インダクタ、トランス等の磁心材料に用いられる高透磁
率で、かつ高飽和磁束密度を有する軟磁性薄膜に関する
ものである。
インダクタ、トランス等の磁心材料に用いられる高透磁
率で、かつ高飽和磁束密度を有する軟磁性薄膜に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、電子機器の小型化、高性能化にと
もない、高周波帯域で使用するインダクタやトランスへ
の要請が高まっている。これらの磁気デバイス用磁性材
料としてはこれまではフェライト、アモルファス合金が
主として用いられてきた。高い周波数帯域で用いる材料
にはうず電流による損失を小さくすることが必要であ
り、そのためには比抵抗の大きな材料を見いだすこと
と、膜の厚さを薄くすることが要求される。また高周波
帯域での透磁率の自然共鳴周波数をより高くするために
材料の飽和磁束密度を大きくすることも必要となる。フ
ェライトの場合はその電気抵抗は大きいが、飽和磁束密
度が小さい。また飽和磁束密度が１０ｋＧを越えるアモ
ルファス合金では材料固有の熱的不安定が軟磁気特性に
現れてくる。そのため近年、１０ｋＧを越える軟磁性膜
への要求に対してはＦｅ基微結晶膜やＣｏ基組成変調膜
などが検討されている（榊間、小佐野、小俣；電子情報
通信学会研究報告 MR86-4(1986)）。更に高い２０ｋＧ
に近い飽和磁束密度を持つ膜としては純Ｆｅ、もしくは
Ｆｅに少量のＣ，Ｎ，Ｓｉなどが入っている膜の多層膜
が検討されている（N.Terada et al;IEEE Trans.Magn.,
MAG-20,1451(1986)）。一方、高抵抗磁性膜としてはＦ
ｅ基合金にＳｉＯ2 やＢＮなどの窒化物の超微粒子が均
一に分散しているアモルファス膜や微結晶膜が検討され
てきた（複合分散膜）（H.Karamon et al;J.Appl.Phy
s.,57(1),3527(1985) ）。
もない、高周波帯域で使用するインダクタやトランスへ
の要請が高まっている。これらの磁気デバイス用磁性材
料としてはこれまではフェライト、アモルファス合金が
主として用いられてきた。高い周波数帯域で用いる材料
にはうず電流による損失を小さくすることが必要であ
り、そのためには比抵抗の大きな材料を見いだすこと
と、膜の厚さを薄くすることが要求される。また高周波
帯域での透磁率の自然共鳴周波数をより高くするために
材料の飽和磁束密度を大きくすることも必要となる。フ
ェライトの場合はその電気抵抗は大きいが、飽和磁束密
度が小さい。また飽和磁束密度が１０ｋＧを越えるアモ
ルファス合金では材料固有の熱的不安定が軟磁気特性に
現れてくる。そのため近年、１０ｋＧを越える軟磁性膜
への要求に対してはＦｅ基微結晶膜やＣｏ基組成変調膜
などが検討されている（榊間、小佐野、小俣；電子情報
通信学会研究報告 MR86-4(1986)）。更に高い２０ｋＧ
に近い飽和磁束密度を持つ膜としては純Ｆｅ、もしくは
Ｆｅに少量のＣ，Ｎ，Ｓｉなどが入っている膜の多層膜
が検討されている（N.Terada et al;IEEE Trans.Magn.,
MAG-20,1451(1986)）。一方、高抵抗磁性膜としてはＦ
ｅ基合金にＳｉＯ2 やＢＮなどの窒化物の超微粒子が均
一に分散しているアモルファス膜や微結晶膜が検討され
てきた（複合分散膜）（H.Karamon et al;J.Appl.Phy
s.,57(1),3527(1985) ）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】これまでに報告されて
いる高い飽和磁束密度を有するＦｅ基軟磁性膜はその電
気抵抗が小さいために高周波帯域ではその透磁率が急激
に減少する。改善をするために非磁性物質を挾んだ多層
化が試みられているが、周波数特性に及ぼすその効果は
それほど顕著ではない。また複合分散膜ではその電気抵
抗を大きくすると飽和磁束密度が小さくなり、その透磁
率の共鳴周波数は低くなる。更にインダクタやトランス
の場合は膜にある程度の膜厚が要求されるが、それを満
足する膜厚を持つ複合分散膜では垂直磁気異方性成分が
発生し、膜の軟磁気特性は著しく劣化する。
いる高い飽和磁束密度を有するＦｅ基軟磁性膜はその電
気抵抗が小さいために高周波帯域ではその透磁率が急激
に減少する。改善をするために非磁性物質を挾んだ多層
化が試みられているが、周波数特性に及ぼすその効果は
それほど顕著ではない。また複合分散膜ではその電気抵
抗を大きくすると飽和磁束密度が小さくなり、その透磁
率の共鳴周波数は低くなる。更にインダクタやトランス
の場合は膜にある程度の膜厚が要求されるが、それを満
足する膜厚を持つ複合分散膜では垂直磁気異方性成分が
発生し、膜の軟磁気特性は著しく劣化する。
【０００４】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
で、成膜後に熱処理を施さなくても高い透磁率を高周波
帯域まで保持できる高い飽和磁束密度を有する軟磁性薄
膜を提供することを目的とする。
で、成膜後に熱処理を施さなくても高い透磁率を高周波
帯域まで保持できる高い飽和磁束密度を有する軟磁性薄
膜を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、Ｆｅを主とする磁性層と高電気抵抗を有す
る磁性層を両磁性層間に非磁性層を挾むことなく交互に
積層したことを特徴とするものである。
するために、Ｆｅを主とする磁性層と高電気抵抗を有す
る磁性層を両磁性層間に非磁性層を挾むことなく交互に
積層したことを特徴とするものである。
【０００６】
【作用】上記手段により、Ｆｅを主とする磁性層と高電
気抵抗を有する磁性層を両磁性層間に非磁性層を挾むこ
となく交互に積層することにより、成膜後に熱処理を施
さなくても高い透磁率を高周波帯域まで保持できる高い
飽和磁束密度を有する軟磁性薄膜を作成することができ
る。
気抵抗を有する磁性層を両磁性層間に非磁性層を挾むこ
となく交互に積層することにより、成膜後に熱処理を施
さなくても高い透磁率を高周波帯域まで保持できる高い
飽和磁束密度を有する軟磁性薄膜を作成することができ
る。
【０００７】
【実施例】本発明者らは鋭意研究した結果、高い飽和磁
束密度を有するＦｅ基軟磁性膜とセラミックス超微粒子
が分散した高い比抵抗値を有する強磁性複合分散膜との
交互積層膜を作成することにより上記の目的が達成され
ることを見いだし、本発明に到達した。
束密度を有するＦｅ基軟磁性膜とセラミックス超微粒子
が分散した高い比抵抗値を有する強磁性複合分散膜との
交互積層膜を作成することにより上記の目的が達成され
ることを見いだし、本発明に到達した。
【０００８】すなわち、本発明者らはＦｅなどの強磁性
ターゲット上にセラミックス、チップを配置させた複合
ターゲットとＦｅ基合金ターゲットとを窒素を含むアル
ゴンガス雰囲気中で交互にスパッタ成膜することにより
作成した。得られた膜は高い電気抵抗を有する複合分散
膜と高い飽和磁束密度を有するＦｅ基合金の窒化膜から
なる多層構造になっている。図１、図２にはその代表例
としてＦｅＮ膜とＦｅＢＮ膜からなる多層膜の結果を示
す。図１は本発明にかかわるＦｅＮ膜とＦｅＢＮ膜とか
らなる多層膜の保磁力Ｈｃｈ（Ｏｅ）と各膜の膜厚との
関係を示す特性図であり、図２は本発明にかかわるＦｅ
Ｎ膜とＦｅＢＮ膜とからなる多層膜の透磁率μ（５ＭＨ
ｚ）と各膜の膜厚との関係を示す特性図である。図１、
図２から明らかなように広い組み合わせの範囲で良好な
軟磁気特性を示した。また本発明は高周波帯域まで高い
透磁率を維持し、かつ高い飽和磁束密度と電気抵抗とを
有するＦｅ基軟磁性膜が得られることを新規に見いだし
た。
ターゲット上にセラミックス、チップを配置させた複合
ターゲットとＦｅ基合金ターゲットとを窒素を含むアル
ゴンガス雰囲気中で交互にスパッタ成膜することにより
作成した。得られた膜は高い電気抵抗を有する複合分散
膜と高い飽和磁束密度を有するＦｅ基合金の窒化膜から
なる多層構造になっている。図１、図２にはその代表例
としてＦｅＮ膜とＦｅＢＮ膜からなる多層膜の結果を示
す。図１は本発明にかかわるＦｅＮ膜とＦｅＢＮ膜とか
らなる多層膜の保磁力Ｈｃｈ（Ｏｅ）と各膜の膜厚との
関係を示す特性図であり、図２は本発明にかかわるＦｅ
Ｎ膜とＦｅＢＮ膜とからなる多層膜の透磁率μ（５ＭＨ
ｚ）と各膜の膜厚との関係を示す特性図である。図１、
図２から明らかなように広い組み合わせの範囲で良好な
軟磁気特性を示した。また本発明は高周波帯域まで高い
透磁率を維持し、かつ高い飽和磁束密度と電気抵抗とを
有するＦｅ基軟磁性膜が得られることを新規に見いだし
た。
【０００９】ＦｅＮ膜との交互に積層する高電気抵抗磁
性膜の比抵抗値が２００μΩ−ｃｍ以下の場合は本発明
多層膜の比抵抗値がＦｅＮ膜のそれに近ずき、磁区の単
純化以外に積層した効果が見られなくなる。また高電気
抵抗磁性膜のセラミックス微粒子と磁性金属との間に固
溶や拡散がある場合には高い比抵抗値が得られるもの
の、磁化の大きさが著しく小さくなってしまうため、膜
の内部のセラミックス超微粒子が金属中に良好な状態で
分散していることが望ましい。次に、具体的実施例につ
いて説明する。
性膜の比抵抗値が２００μΩ−ｃｍ以下の場合は本発明
多層膜の比抵抗値がＦｅＮ膜のそれに近ずき、磁区の単
純化以外に積層した効果が見られなくなる。また高電気
抵抗磁性膜のセラミックス微粒子と磁性金属との間に固
溶や拡散がある場合には高い比抵抗値が得られるもの
の、磁化の大きさが著しく小さくなってしまうため、膜
の内部のセラミックス超微粒子が金属中に良好な状態で
分散していることが望ましい。次に、具体的実施例につ
いて説明する。
【００１０】プレーナ型高周波マグネトロンスパッタ装
置を用いて、投入電力５Ｗ／ｃｍ2 、全圧力３ｍＴｏｒ
ｒ、窒素分圧２％、基板温度１００℃の条件下、ガラス
基板上にＦｅＮ膜を膜厚で１０−５０００オングストロ
ームの範囲で形成する。次に投入電力１．３Ｗ／ｃ
ｍ2 、全圧力３ｍＴｏｒｒ、窒素分圧２％、基板温度１
００℃の条件下でＦｅＢＮ膜を５０−５００オングスト
ローム厚の範囲でＦｅＮ膜上に形成する。順次これを繰
り返し、総膜厚が約２μｍとなるようにする。このとき
の実験に供した膜の組み合わせが図１、図２、図３、図
４、図５の丸印で示してある。図３は本発明にかかわる
ＦｅＮ膜とＦｅＢＮ膜とからなる多層膜の飽和磁束密度
Ｂｓ（ＫＧ）の各膜の膜厚依存性を示す特性図、図４は
本発明にかかわるＦｅＮ膜とＦｅＢＮ膜とからなる多層
膜の電気抵抗Ｒ（μΩ−ｃｍ）の結果を示す特性図、図
５は本発明にかかわるＦｅＮ膜とＦｅＢＮ膜とからなる
多層膜の透磁率の周波数特性の評価基準として採用した
５０ＭＨｚでの透磁率μの値を５ＭＨｚの透磁率μの値
で割った値（％）のＦｅＮ膜とＦｅＢＮ膜との膜厚依存
性を示す特性図をそれぞれ示す。軟磁気特性を示す組み
合わせの多層膜での飽和磁束密度は最も小さくても１５
ｋＧである（図３）。また電気抵抗は図４のような組み
合わせの依存性を示し、軟磁気特性を示す範囲での最高
値は１３０μΩ−ｃｍである。この値はＦｅＮ膜の約５
倍の大きさ、そしてアモルファス合金のそれとほぼ同程
度の値である。透磁率の周波数特性は図５から明らかな
ようにＦｅＢＮ膜の膜厚が厚いほどまたＦｅＮ膜が薄い
ほど良くなる傾向を示す。この結果は電気抵抗のそれと
極めて良く一致しており、透磁率の周波数特性がかなり
電気抵抗の大きさに起因していることを示している。
置を用いて、投入電力５Ｗ／ｃｍ2 、全圧力３ｍＴｏｒ
ｒ、窒素分圧２％、基板温度１００℃の条件下、ガラス
基板上にＦｅＮ膜を膜厚で１０−５０００オングストロ
ームの範囲で形成する。次に投入電力１．３Ｗ／ｃ
ｍ2 、全圧力３ｍＴｏｒｒ、窒素分圧２％、基板温度１
００℃の条件下でＦｅＢＮ膜を５０−５００オングスト
ローム厚の範囲でＦｅＮ膜上に形成する。順次これを繰
り返し、総膜厚が約２μｍとなるようにする。このとき
の実験に供した膜の組み合わせが図１、図２、図３、図
４、図５の丸印で示してある。図３は本発明にかかわる
ＦｅＮ膜とＦｅＢＮ膜とからなる多層膜の飽和磁束密度
Ｂｓ（ＫＧ）の各膜の膜厚依存性を示す特性図、図４は
本発明にかかわるＦｅＮ膜とＦｅＢＮ膜とからなる多層
膜の電気抵抗Ｒ（μΩ−ｃｍ）の結果を示す特性図、図
５は本発明にかかわるＦｅＮ膜とＦｅＢＮ膜とからなる
多層膜の透磁率の周波数特性の評価基準として採用した
５０ＭＨｚでの透磁率μの値を５ＭＨｚの透磁率μの値
で割った値（％）のＦｅＮ膜とＦｅＢＮ膜との膜厚依存
性を示す特性図をそれぞれ示す。軟磁気特性を示す組み
合わせの多層膜での飽和磁束密度は最も小さくても１５
ｋＧである（図３）。また電気抵抗は図４のような組み
合わせの依存性を示し、軟磁気特性を示す範囲での最高
値は１３０μΩ−ｃｍである。この値はＦｅＮ膜の約５
倍の大きさ、そしてアモルファス合金のそれとほぼ同程
度の値である。透磁率の周波数特性は図５から明らかな
ようにＦｅＢＮ膜の膜厚が厚いほどまたＦｅＮ膜が薄い
ほど良くなる傾向を示す。この結果は電気抵抗のそれと
極めて良く一致しており、透磁率の周波数特性がかなり
電気抵抗の大きさに起因していることを示している。
【００１１】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、高い
飽和磁束密度と優れた高周波軟磁気特性を兼ね備えてお
り、今後この領域で使用されるインダクタやトランス用
材料として適用でき、この工業的意義、産業界に及ぼす
効果は大きい。
飽和磁束密度と優れた高周波軟磁気特性を兼ね備えてお
り、今後この領域で使用されるインダクタやトランス用
材料として適用でき、この工業的意義、産業界に及ぼす
効果は大きい。
【図１】本発明にかかわるＦｅＮ膜とＦｅＢＮ膜とから
なる多層膜の保磁力Ｈｃｈ（Ｏｅ）と各膜の膜厚との関
係を示す特性図である。
なる多層膜の保磁力Ｈｃｈ（Ｏｅ）と各膜の膜厚との関
係を示す特性図である。
【図２】本発明にかかわるＦｅＮ膜とＦｅＢＮ膜とから
なる多層膜の透磁率μ（５ＭＨｚ）と各膜の膜厚との関
係を示す特性図である。
なる多層膜の透磁率μ（５ＭＨｚ）と各膜の膜厚との関
係を示す特性図である。
【図３】本発明にかかわるＦｅＮ膜とＦｅＢＮ膜とから
なる多層膜の飽和磁束密度Ｂｓ（ＫＧ）の各膜の膜厚依
存性を示す特性図である。
なる多層膜の飽和磁束密度Ｂｓ（ＫＧ）の各膜の膜厚依
存性を示す特性図である。
【図４】本発明にかかわるＦｅＮ膜とＦｅＢＮ膜とから
なる多層膜の電気抵抗Ｒ（μΩ−ｃｍ）の結果を示す特
性図である。
なる多層膜の電気抵抗Ｒ（μΩ−ｃｍ）の結果を示す特
性図である。
【図５】本発明にかかわるＦｅＮ膜とＦｅＢＮ膜とから
なる多層膜の透磁率の周波数特性の評価基準として採用
した５０ＭＨｚでの透磁率μの値を５ＭＨｚの透磁率μ
の値で割った値（％）のＦｅＮ膜とＦｅＢＮ膜との膜厚
依存性を示す特性図である。
なる多層膜の透磁率の周波数特性の評価基準として採用
した５０ＭＨｚでの透磁率μの値を５ＭＨｚの透磁率μ
の値で割った値（％）のＦｅＮ膜とＦｅＢＮ膜との膜厚
依存性を示す特性図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｆ 17/04 Ｆ 7129−5Ｅ (72)発明者 松本 文夫 宮城県仙台市青葉区芋沢字権現森山112番 地の１株式会社アモルフアス・電子デバイ ス研究所内 (72)発明者 藤森 啓安 宮城県仙台市青葉区吉成２−20−３ (72)発明者 増本 健 宮城県仙台市青葉区上杉３−８−22
Claims (3)
- 【請求項１】 Ｆｅを主とする磁性層と高電気抵抗を有
する磁性層を両磁性層間に非磁性層を挾むことなく交互
に積層したことを特徴とする軟磁性薄膜。 - 【請求項２】 前記高電気抵抗を有する磁性層の比抵抗
値が２００μΩ−ｃｍ以上の値であることを特徴とする
請求項１記載の軟磁性薄膜。 - 【請求項３】 前記高電気抵抗を有する磁性層は酸化
物、炭化物もしくは窒化物の超微粒子が金属母相中に均
一に分散していることを特徴とする請求項１記載の軟磁
性薄膜。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3260294A JPH05101930A (ja) | 1991-10-08 | 1991-10-08 | 軟磁性薄膜 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3260294A JPH05101930A (ja) | 1991-10-08 | 1991-10-08 | 軟磁性薄膜 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05101930A true JPH05101930A (ja) | 1993-04-23 |
Family
ID=17346051
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3260294A Pending JPH05101930A (ja) | 1991-10-08 | 1991-10-08 | 軟磁性薄膜 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05101930A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006287093A (ja) * | 2005-04-04 | 2006-10-19 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | インダクタンス部品およびその製造方法 |
| KR20210091133A (ko) * | 2018-11-15 | 2021-07-21 | 로저스코포레이션 | 고주파 자성 필름, 이의 제조 방법, 및 이의 용도 |
| US12110234B2 (en) | 2020-02-10 | 2024-10-08 | Rogers Corporation | Polycrystalline 18H hexaferrite, method of manufacture, and uses thereof |
| US12406788B2 (en) | 2019-10-30 | 2025-09-02 | Rogers Corporation | M-type hexaferrite comprising antimony |
| US12424362B2 (en) | 2020-05-07 | 2025-09-23 | Rogers Corporation | M-type hexaferrite having a planar anisotropy |
-
1991
- 1991-10-08 JP JP3260294A patent/JPH05101930A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006287093A (ja) * | 2005-04-04 | 2006-10-19 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | インダクタンス部品およびその製造方法 |
| KR20210091133A (ko) * | 2018-11-15 | 2021-07-21 | 로저스코포레이션 | 고주파 자성 필름, 이의 제조 방법, 및 이의 용도 |
| JP2022507063A (ja) * | 2018-11-15 | 2022-01-18 | ロジャーズ・コーポレイション | 高周波数磁気フィルム、その製造方法及び使用 |
| US12406788B2 (en) | 2019-10-30 | 2025-09-02 | Rogers Corporation | M-type hexaferrite comprising antimony |
| US12110234B2 (en) | 2020-02-10 | 2024-10-08 | Rogers Corporation | Polycrystalline 18H hexaferrite, method of manufacture, and uses thereof |
| US12424362B2 (en) | 2020-05-07 | 2025-09-23 | Rogers Corporation | M-type hexaferrite having a planar anisotropy |
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