JPH0974016A - 高周波低損失磁性薄膜 - Google Patents
高周波低損失磁性薄膜Info
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- JPH0974016A JPH0974016A JP26342395A JP26342395A JPH0974016A JP H0974016 A JPH0974016 A JP H0974016A JP 26342395 A JP26342395 A JP 26342395A JP 26342395 A JP26342395 A JP 26342395A JP H0974016 A JPH0974016 A JP H0974016A
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Classifications
-
- 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】 本発明は高飽和磁束密度を有する磁性薄膜と
絶縁薄膜との多層膜に関するもので、その目的とすると
ころは、１００ＭＨｚ以上の高周波領域で損失の低い磁
性薄膜を得ることにある。 【構成】 磁性薄膜と絶縁薄膜を交互に積層する多層磁
性薄膜において複素透磁率の実数部の実効値が４５０以
上でかつ実数部と虚数部の比が１００ＭＨｚで５０以上
又は２００ＭＨｚで２０以上を有することを特徴とする
高周波低損失磁性薄膜およびそれを用いた高周波デバイ
ス。
絶縁薄膜との多層膜に関するもので、その目的とすると
ころは、１００ＭＨｚ以上の高周波領域で損失の低い磁
性薄膜を得ることにある。 【構成】 磁性薄膜と絶縁薄膜を交互に積層する多層磁
性薄膜において複素透磁率の実数部の実効値が４５０以
上でかつ実数部と虚数部の比が１００ＭＨｚで５０以上
又は２００ＭＨｚで２０以上を有することを特徴とする
高周波低損失磁性薄膜およびそれを用いた高周波デバイ
ス。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は高周波複素透磁率の実数
部の実効値が４５０以上で実数部と虚数部の比が１００
ＭＨｚで５０以上又は２００ＭＨｚで２０以上を示す高
周波低損失磁性薄膜と該薄膜の高周波用薄膜インダク
タ、トランスの磁心材および磁気センサー等の応用に関
するものである。
部の実効値が４５０以上で実数部と虚数部の比が１００
ＭＨｚで５０以上又は２００ＭＨｚで２０以上を示す高
周波低損失磁性薄膜と該薄膜の高周波用薄膜インダク
タ、トランスの磁心材および磁気センサー等の応用に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、携帯用電子機器の普及にともな
い、特に移動体通信分野において、高周波化、小型化の
傾向にある。これに伴い用いる部品も薄型化高周波化が
要求されている。しかし、従来１００ＭＨｚ以上の高周
波領域において用いられたインダクタ等には磁心を用い
ない、空心インダクタが用いられてきた。しかし、この
ような空心コイルを用いて、高いインダクタンスを得る
ためには、コイルの体積を大きくする必要があり、また
コイルの引き回し等により広い実装面積が必要であっ
た。この実装面積を小さくするためには、磁心を用い単
位体積当たりのインダクタンス値を増大させる必要があ
る。しかし従来の磁性膜をインダクタの磁心として用い
た場合には、高周波領域における磁心の損失の増大によ
り、その性能指数は空心インダクタに比べ非常に低下す
る。
い、特に移動体通信分野において、高周波化、小型化の
傾向にある。これに伴い用いる部品も薄型化高周波化が
要求されている。しかし、従来１００ＭＨｚ以上の高周
波領域において用いられたインダクタ等には磁心を用い
ない、空心インダクタが用いられてきた。しかし、この
ような空心コイルを用いて、高いインダクタンスを得る
ためには、コイルの体積を大きくする必要があり、また
コイルの引き回し等により広い実装面積が必要であっ
た。この実装面積を小さくするためには、磁心を用い単
位体積当たりのインダクタンス値を増大させる必要があ
る。しかし従来の磁性膜をインダクタの磁心として用い
た場合には、高周波領域における磁心の損失の増大によ
り、その性能指数は空心インダクタに比べ非常に低下す
る。
【０００３】一方、薄膜トランスにおいても、高周波化
が検討されているが、高周波領域で低損失を示す磁性材
料の開発が十分でないため、薄膜トランスの高周波化は
達成されない。従来、高周波で損失が小さいとされるフ
ェライトを用いた場合でも使用可能な周波数は数ＭＨｚ
以下である。
が検討されているが、高周波領域で低損失を示す磁性材
料の開発が十分でないため、薄膜トランスの高周波化は
達成されない。従来、高周波で損失が小さいとされるフ
ェライトを用いた場合でも使用可能な周波数は数ＭＨｚ
以下である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】磁心の損失を低減する
方法の一つとして、磁性薄膜と絶縁薄膜とを交互に積層
することは多く検討されている。しかし、これらの検討
において、磁性薄膜の評価の方法に問題があった。即
ち、測定感度や簡便さから実際に高周波領域で用いる寸
法や形状でない、例えば１０ｍｍ×２０ｍｍ等の大きい
寸法の試料で行われていた。しかし、実際に高周波領域
で用いるような、例えば数百μｍ×数ｍｍのような
（１）小さい寸法にした場合には、高周波特性が劣化す
ること、（２）大きい寸法で低損失を示す磁性薄膜が微
小寸法形状にした場合に必ずしも低損失を示さないこと
が明らかになってきた。本発明は実際に高周波で用いる
寸法に成形された単体およびその集合体を用いて検討
し、微小寸法形状で低い損失を示す高周波磁性薄膜を提
供しようとするものである。
方法の一つとして、磁性薄膜と絶縁薄膜とを交互に積層
することは多く検討されている。しかし、これらの検討
において、磁性薄膜の評価の方法に問題があった。即
ち、測定感度や簡便さから実際に高周波領域で用いる寸
法や形状でない、例えば１０ｍｍ×２０ｍｍ等の大きい
寸法の試料で行われていた。しかし、実際に高周波領域
で用いるような、例えば数百μｍ×数ｍｍのような
（１）小さい寸法にした場合には、高周波特性が劣化す
ること、（２）大きい寸法で低損失を示す磁性薄膜が微
小寸法形状にした場合に必ずしも低損失を示さないこと
が明らかになってきた。本発明は実際に高周波で用いる
寸法に成形された単体およびその集合体を用いて検討
し、微小寸法形状で低い損失を示す高周波磁性薄膜を提
供しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の事情を
鑑みて鋭意努力した結果である。磁性膜の磁化反転機構
を考えた場合、１ＭＨｚ以下の低周波領域では磁壁移動
が主要因であり、１００ＭＨｚ以上の高周波領域では磁
化回転が主要因である。またこの中間領域では、磁壁移
動と磁化回転の双方が考えられる。従来の軟磁性膜の損
失低減は磁壁移動による損失を低減するために検討され
てきた。本発明は、１００ＭＨｚ以上の高周波での損失
を低減するために、微小寸法形状磁性膜を用いること
は、高周波での共鳴損失を低減するための手段である。
共鳴損失を低減するためには、大きい飽和磁束密度が必
要であるが、一般に大きい飽和磁束密度がを得ようとし
た場合には、磁歪が大きくなるので、従来実用軟磁性膜
として注目されなかった。本発明は１００ＭＨｚ以上の
磁化回転が主である領域における、磁歪、飽和磁束密度
と損失との関係を明確にすることにより、高周波損失に
は、磁歪の影響が小さいことが明らかとなり、高飽和磁
束密度を有する高周波低損失軟磁性膜の開発を可能にし
た。
鑑みて鋭意努力した結果である。磁性膜の磁化反転機構
を考えた場合、１ＭＨｚ以下の低周波領域では磁壁移動
が主要因であり、１００ＭＨｚ以上の高周波領域では磁
化回転が主要因である。またこの中間領域では、磁壁移
動と磁化回転の双方が考えられる。従来の軟磁性膜の損
失低減は磁壁移動による損失を低減するために検討され
てきた。本発明は、１００ＭＨｚ以上の高周波での損失
を低減するために、微小寸法形状磁性膜を用いること
は、高周波での共鳴損失を低減するための手段である。
共鳴損失を低減するためには、大きい飽和磁束密度が必
要であるが、一般に大きい飽和磁束密度がを得ようとし
た場合には、磁歪が大きくなるので、従来実用軟磁性膜
として注目されなかった。本発明は１００ＭＨｚ以上の
磁化回転が主である領域における、磁歪、飽和磁束密度
と損失との関係を明確にすることにより、高周波損失に
は、磁歪の影響が小さいことが明らかとなり、高飽和磁
束密度を有する高周波低損失軟磁性膜の開発を可能にし
た。
【０００６】従って、本発明の高周波低損失磁性薄膜は
以下に示す通りである。即ち、第一の発明は、磁性薄膜
と絶縁薄膜を交互に積層する多層磁性薄膜において複素
透磁率の実数部の実効値が４５０以上で、かつ実数部と
虚数部の比が１００ＭＨｚで５０以上又は２００ＭＨｚ
で２０以上を有することを特徴とする高周波低損失磁性
薄膜である。
以下に示す通りである。即ち、第一の発明は、磁性薄膜
と絶縁薄膜を交互に積層する多層磁性薄膜において複素
透磁率の実数部の実効値が４５０以上で、かつ実数部と
虚数部の比が１００ＭＨｚで５０以上又は２００ＭＨｚ
で２０以上を有することを特徴とする高周波低損失磁性
薄膜である。
【０００７】或いはまた、第二の発明は、飽和磁束密度
が１２ｋＧ以上を有する軟磁性薄膜を用いることを特徴
とする高周波低損失磁性薄膜である。
が１２ｋＧ以上を有する軟磁性薄膜を用いることを特徴
とする高周波低損失磁性薄膜である。
【０００８】或いはまた、第三の発明は、磁性薄膜が、
原子濃度で（Ｃｏ１−ｘＦｅｘ）１００−ｚ（Ｓｉ
１−ｙＢｙ）ｚ（但し、０．０６＜ｘ＜０．１６、０．
３＜ｙ＜０．７、２５＜ｚ＜１６）からなり、絶縁薄膜
がＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＡｌＮおよびＢＮ
のうち１種または２種以上を含有した組成物からなるこ
とを特徴とする高周波低損失磁性薄膜である。
原子濃度で（Ｃｏ１−ｘＦｅｘ）１００−ｚ（Ｓｉ
１−ｙＢｙ）ｚ（但し、０．０６＜ｘ＜０．１６、０．
３＜ｙ＜０．７、２５＜ｚ＜１６）からなり、絶縁薄膜
がＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＡｌＮおよびＢＮ
のうち１種または２種以上を含有した組成物からなるこ
とを特徴とする高周波低損失磁性薄膜である。
【０００９】或いはまた、第四の発明は、磁性薄膜をア
ルゴンガス中で成膜し、絶縁薄膜をアルゴンガスまたは
アルゴン、酸素および窒素のうち２種以上の混合ガス中
で成膜することを特徴とする高周波低損失磁性薄膜であ
る。
ルゴンガス中で成膜し、絶縁薄膜をアルゴンガスまたは
アルゴン、酸素および窒素のうち２種以上の混合ガス中
で成膜することを特徴とする高周波低損失磁性薄膜であ
る。
【００１０】或いはまた、第五の発明は、矩形状磁性薄
膜に於て短辺が５０μｍ以上１ｍｍ以下で、かつ長辺が
短辺の１．５倍を越える形状を有する単体または集合体
を形成することを特徴とする高周波低損失磁性薄膜であ
る。
膜に於て短辺が５０μｍ以上１ｍｍ以下で、かつ長辺が
短辺の１．５倍を越える形状を有する単体または集合体
を形成することを特徴とする高周波低損失磁性薄膜であ
る。
【００１１】或いはまた、第六の発明は、矩形状の長辺
方向が磁化困難方向になるように磁界中成膜することを
特徴とする高周波低損失磁性薄膜である。
方向が磁化困難方向になるように磁界中成膜することを
特徴とする高周波低損失磁性薄膜である。
【００１２】或いはまた、第七の発明は、高周波低損失
磁性薄膜からなる薄膜インダクタの構成を有する。
磁性薄膜からなる薄膜インダクタの構成を有する。
【００１３】或いはまた、第八の発明は、高周波低損失
磁性薄膜からなる薄膜トランスの構成を有する。
磁性薄膜からなる薄膜トランスの構成を有する。
【００１４】或いはまた、第九の発明は、高周波低損失
磁性薄膜からなる磁気センサーの構成を有する。
磁性薄膜からなる磁気センサーの構成を有する。
【００１５】
【作用】従来、磁性薄膜の高周波領域における特性の評
価は、実際に磁心として用いる薄膜の寸法ならびに形状
と高周波特性の関係を十分に考慮せずに行われてきた。
しかし、高周波領域での磁気特性はその形状、寸法に非
常に敏感であり、高周波領域で使用する場合には、通常
測定している寸法に比べ、例えば１／１０〜１／２０の
非常に小さい寸法で用いるため、測定値と実際の高周波
領域での値と異なり、高周波回路設計において問題とな
る。本発明の測定には、実際に高周波領域で用いられる
場合に近似した微小寸法形状の磁性薄膜単体や集合体を
作製し、その複素透磁率の周波数依存性より、低損失磁
性薄膜を見いだした。
価は、実際に磁心として用いる薄膜の寸法ならびに形状
と高周波特性の関係を十分に考慮せずに行われてきた。
しかし、高周波領域での磁気特性はその形状、寸法に非
常に敏感であり、高周波領域で使用する場合には、通常
測定している寸法に比べ、例えば１／１０〜１／２０の
非常に小さい寸法で用いるため、測定値と実際の高周波
領域での値と異なり、高周波回路設計において問題とな
る。本発明の測定には、実際に高周波領域で用いられる
場合に近似した微小寸法形状の磁性薄膜単体や集合体を
作製し、その複素透磁率の周波数依存性より、低損失磁
性薄膜を見いだした。
【００１６】
【実施例】次に本発明の実施例について図面を用いて説
明する。
明する。
【実施例１】高飽和磁束密度を有する高周波低損失薄膜
の作製および評価法について述べる。コバルト（Ｃ
ｏ）、鉄（Ｆｅ），硅素（Ｓｉ），堋素（Ｂ）またはＣ
ｏ、Ｆｅ、ニオブ（Ｎｂ）、ジリコニュム（Ｚｒ）から
なる合金をアルゴン雰囲気中で高周波誘導電気炉で溶解
した後、よく攪拌して均質な溶融合金とし、円柱状に鋳
込んだ。ついで、これをアーク溶解炉で、直径１００ｍ
ｍ、厚さ１０ｍｍの円盤状に成形し、これを切削して、
直径約７５ｍｍ、厚さ１ｍｍに成形した。
の作製および評価法について述べる。コバルト（Ｃ
ｏ）、鉄（Ｆｅ），硅素（Ｓｉ），堋素（Ｂ）またはＣ
ｏ、Ｆｅ、ニオブ（Ｎｂ）、ジリコニュム（Ｚｒ）から
なる合金をアルゴン雰囲気中で高周波誘導電気炉で溶解
した後、よく攪拌して均質な溶融合金とし、円柱状に鋳
込んだ。ついで、これをアーク溶解炉で、直径１００ｍ
ｍ、厚さ１０ｍｍの円盤状に成形し、これを切削して、
直径約７５ｍｍ、厚さ１ｍｍに成形した。
【００１７】成膜に用いた基板は、厚さ約０．５ｍｍ、
幅５０ｍｍ×長さ５０ｍｍのコーニング社製＃７０５９
のガラス上に、ヘキストジャパン社製レジスト＃４２１
０を用い、図１のように１００μｍのスペースをおいて
矩形状にパターニングしたものである。図１は短径１ｍ
ｍ、長径２ｍｍの場合である。成膜はこの基板に配され
た微小磁性膜の長手方向に対して直角方向に約６０Ｏｅ
の磁界を永久磁石で印加して行った。微小寸法形状の磁
性膜の集合体は成膜された後、リフトオフ法により形成
した。なお、基板は微小寸法形状にパターニングしたレ
ジストが固化しない程度に水冷した。
幅５０ｍｍ×長さ５０ｍｍのコーニング社製＃７０５９
のガラス上に、ヘキストジャパン社製レジスト＃４２１
０を用い、図１のように１００μｍのスペースをおいて
矩形状にパターニングしたものである。図１は短径１ｍ
ｍ、長径２ｍｍの場合である。成膜はこの基板に配され
た微小磁性膜の長手方向に対して直角方向に約６０Ｏｅ
の磁界を永久磁石で印加して行った。微小寸法形状の磁
性膜の集合体は成膜された後、リフトオフ法により形成
した。なお、基板は微小寸法形状にパターニングしたレ
ジストが固化しない程度に水冷した。
【００１８】ＣｏＦｅＳｉＢ系およびＣｏＮｂＺｒ系磁
性薄膜は印加電力２００Ｗ、アルゴンガス流量３０ｃｃ
／ｍｉｎ、ガス圧３ｍＴで成膜した。絶縁薄膜は、例え
ばＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＡｉＮ、ＺｒＯ２、Ｂ等のタ
ーゲットを用い、印加電力２００Ｗ、酸素または窒素濃
度５〜３０％のアルゴンとの混合ガスを用い、流量３０
ｃｃ／ｍｉｎ、ガス圧６ｍＴで成膜した。多層膜は上記
条件のもとで所望の膜厚で磁性薄膜と絶縁薄膜を交互に
成膜して作製した。
性薄膜は印加電力２００Ｗ、アルゴンガス流量３０ｃｃ
／ｍｉｎ、ガス圧３ｍＴで成膜した。絶縁薄膜は、例え
ばＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＡｉＮ、ＺｒＯ２、Ｂ等のタ
ーゲットを用い、印加電力２００Ｗ、酸素または窒素濃
度５〜３０％のアルゴンとの混合ガスを用い、流量３０
ｃｃ／ｍｉｎ、ガス圧６ｍＴで成膜した。多層膜は上記
条件のもとで所望の膜厚で磁性薄膜と絶縁薄膜を交互に
成膜して作製した。
【００１９】作製した微小寸法形状磁性薄膜の集合体を
１０ｍｍ×５０ｍｍの短冊状に切り出し、パラレルライ
ンとネットワークアナライザーを用い、５００ＭＨｚま
での複素透磁率の周波数特性を測定した。複素透磁率の
実数部（μ′）と虚数部（μ″）との比より高周波特性
を評価した。
１０ｍｍ×５０ｍｍの短冊状に切り出し、パラレルライ
ンとネットワークアナライザーを用い、５００ＭＨｚま
での複素透磁率の周波数特性を測定した。複素透磁率の
実数部（μ′）と虚数部（μ″）との比より高周波特性
を評価した。
【００２０】
【表１】
【００２１】
【実施例２】原子濃度で（Ｃｏ１−ｘＦｅｘ）８４（Ｓ
ｉ０．４８Ｂ０．５２）１６で構成される磁性薄膜とＳ
ｉＯ２ターゲットを用いて成膜した絶縁薄膜を交互に積
層した多層膜について、鉄濃度を変えた場合の飽和磁化
と２００ＭＨｚでの複素透磁率の実数部（μ′）および
虚数部 （μ″）の変化を図２に示す。多層膜は磁性薄
膜０．１μｍ、絶縁薄膜０．０５μｍを１０層積層した
構成になっている。横軸ｘは原子濃度で（Ｃｏ１−ｘＦ
ｅｘ）８４（Ｓｉ０．４８Ｂ０．５２）１６と表示した
場合のＦｅ濃度を示す。図より複素透磁率の実数部の値
は鉄濃度に対してほぼ一定であるが、虚数部はＦｅ濃度
が増えるほど、すなわち飽和磁束密度が増えるほど、小
さくなっていることがわかる。従って、複素透磁率の実
数部（μ′）と虚数部（μ″）の比、μ′／μ″の値
（性能指数）を大きくする、即ち、損失を低下させるに
は飽和磁束密度の大きいことが要求されることを示して
いる。
ｉ０．４８Ｂ０．５２）１６で構成される磁性薄膜とＳ
ｉＯ２ターゲットを用いて成膜した絶縁薄膜を交互に積
層した多層膜について、鉄濃度を変えた場合の飽和磁化
と２００ＭＨｚでの複素透磁率の実数部（μ′）および
虚数部 （μ″）の変化を図２に示す。多層膜は磁性薄
膜０．１μｍ、絶縁薄膜０．０５μｍを１０層積層した
構成になっている。横軸ｘは原子濃度で（Ｃｏ１−ｘＦ
ｅｘ）８４（Ｓｉ０．４８Ｂ０．５２）１６と表示した
場合のＦｅ濃度を示す。図より複素透磁率の実数部の値
は鉄濃度に対してほぼ一定であるが、虚数部はＦｅ濃度
が増えるほど、すなわち飽和磁束密度が増えるほど、小
さくなっていることがわかる。従って、複素透磁率の実
数部（μ′）と虚数部（μ″）の比、μ′／μ″の値
（性能指数）を大きくする、即ち、損失を低下させるに
は飽和磁束密度の大きいことが要求されることを示して
いる。
【００２２】
【実施例３】実施例２のように磁性薄膜と絶縁薄膜を積
層した場合の、磁性膜膜厚と絶縁膜膜厚に対する複素透
磁率の実数部と虚数部の比の関係について述べる。一例
として、飽和磁束密度１３ｋＧの（Ｃｏ０．９５Ｆｅ
０．０５）８２（Ｓｉ０．６Ｂ０．５）１８軟磁性膜と
ＳｉＯ２をターゲットとして成膜した絶縁薄膜を用いて
積層した場合の磁性膜膜厚と絶縁膜膜厚に対する複素透
磁率の実数部と虚数部の比の関係を図３に示す。積層数
は１０層、単位磁性膜の寸法は１ｍｍ×２ｍｍの場合で
ある。縦軸が磁性膜の膜厚、横軸が絶縁膜の膜厚、図中
の数字は１００ＭＨｚでの実数部と虚数部の比の値であ
る。総磁性膜厚が２μｍになるように、積層数をかえて
ある。この場合は磁性膜厚０．１μｍ、絶縁膜０．０５
μｍ近傍で実数部と虚数部の比が一番大きい、即ちこの
膜厚の組み合わせにより、高周波損失が一番小さい磁性
薄膜が得られる。
層した場合の、磁性膜膜厚と絶縁膜膜厚に対する複素透
磁率の実数部と虚数部の比の関係について述べる。一例
として、飽和磁束密度１３ｋＧの（Ｃｏ０．９５Ｆｅ
０．０５）８２（Ｓｉ０．６Ｂ０．５）１８軟磁性膜と
ＳｉＯ２をターゲットとして成膜した絶縁薄膜を用いて
積層した場合の磁性膜膜厚と絶縁膜膜厚に対する複素透
磁率の実数部と虚数部の比の関係を図３に示す。積層数
は１０層、単位磁性膜の寸法は１ｍｍ×２ｍｍの場合で
ある。縦軸が磁性膜の膜厚、横軸が絶縁膜の膜厚、図中
の数字は１００ＭＨｚでの実数部と虚数部の比の値であ
る。総磁性膜厚が２μｍになるように、積層数をかえて
ある。この場合は磁性膜厚０．１μｍ、絶縁膜０．０５
μｍ近傍で実数部と虚数部の比が一番大きい、即ちこの
膜厚の組み合わせにより、高周波損失が一番小さい磁性
薄膜が得られる。
【００２３】
【実施例４】従来、軟磁性膜をデバイス等に用いる場合
はモールド等により軟磁性特性が劣化しないように磁歪
が零に近い材料が検討されてきた。図４に原子濃度で
（Ｃｏ１−ｘＦｅｘ）８２（Ｓｉ０．４８Ｂ０．５２）
１８と表示した場合のＦｅ濃度に対する磁歪定数を示
す。成膜の冷却時に基板と磁性膜との熱膨張の違や、大
きい歪みがあること、磁性薄膜が絶縁薄膜と積層される
ことで磁性薄膜にかなりの内部応力が存在しているにも
かかわらず、磁歪が比較的大きい領域で複素透磁率の虚
数部の小さい磁性膜が得られることがわかる。このこと
より、多層膜における高周波損失には、単層膜の場合に
比べて磁歪の影響が少ないことがわかる。
はモールド等により軟磁性特性が劣化しないように磁歪
が零に近い材料が検討されてきた。図４に原子濃度で
（Ｃｏ１−ｘＦｅｘ）８２（Ｓｉ０．４８Ｂ０．５２）
１８と表示した場合のＦｅ濃度に対する磁歪定数を示
す。成膜の冷却時に基板と磁性膜との熱膨張の違や、大
きい歪みがあること、磁性薄膜が絶縁薄膜と積層される
ことで磁性薄膜にかなりの内部応力が存在しているにも
かかわらず、磁歪が比較的大きい領域で複素透磁率の虚
数部の小さい磁性膜が得られることがわかる。このこと
より、多層膜における高周波損失には、単層膜の場合に
比べて磁歪の影響が少ないことがわかる。
【００２４】
【実施例５】高周波で低損失を示す組成（Ｃｏ０．９Ｆ
ｅ０．１）８２（Ｓｉ０．５５Ｂ０．４５）１８の磁性
薄膜とＳｉＯ２ターゲットを用いて作製した絶縁薄膜と
をそれぞれ０．１μｍおよび０．０５μｍの膜厚で交互
に３０層積層し、図５のような巻線型インダクタの磁心
として用いた。磁心の寸法は幅２００μｍ、長さ２ｍｍ
である。コイルの厚みは３μｍ、ライン（Ｌ）／スペー
ス（Ｓ）は８０μｍ／２０μｍ、巻き数は２０ターンで
ある。この場合、コイルと磁心間の絶縁層の膜厚はレジ
ストをキュアし３μｍにしてある。
ｅ０．１）８２（Ｓｉ０．５５Ｂ０．４５）１８の磁性
薄膜とＳｉＯ２ターゲットを用いて作製した絶縁薄膜と
をそれぞれ０．１μｍおよび０．０５μｍの膜厚で交互
に３０層積層し、図５のような巻線型インダクタの磁心
として用いた。磁心の寸法は幅２００μｍ、長さ２ｍｍ
である。コイルの厚みは３μｍ、ライン（Ｌ）／スペー
ス（Ｓ）は８０μｍ／２０μｍ、巻き数は２０ターンで
ある。この場合、コイルと磁心間の絶縁層の膜厚はレジ
ストをキュアし３μｍにしてある。
【００２５】薄膜インダクタのインダクタンスおよび抵
抗の周波数特性を図６に示す。比較のために高周波用磁
性材料で磁歪がほぼ零のＣｏ８１Ｎｂ１６Ｚｒ３磁性膜
を用いＺｒＯ２と多層化した磁性膜を磁心として用いた
場合の結果を示す。損失抵抗は高周波領域において、Ｃ
ｏ８１Ｎｂ１６Ｚｒ３薄膜を磁心として用いた場合の方
が低周波から増大している。このことは、インダクタの
作製過程でコイルや磁性薄膜の絶縁等により、磁心の内
部応力がたかまっていることが予測されているが、それ
にもかかわらず磁歪が比較的大きいＣｏＦｅＳｉＢ／Ｓ
ｉＯ２多層膜の損失が小さいことを示している。したが
って、実施例３に述べたように磁性膜の高周波損失にお
よぼす磁歪の影響は小さいと考えられる。
抗の周波数特性を図６に示す。比較のために高周波用磁
性材料で磁歪がほぼ零のＣｏ８１Ｎｂ１６Ｚｒ３磁性膜
を用いＺｒＯ２と多層化した磁性膜を磁心として用いた
場合の結果を示す。損失抵抗は高周波領域において、Ｃ
ｏ８１Ｎｂ１６Ｚｒ３薄膜を磁心として用いた場合の方
が低周波から増大している。このことは、インダクタの
作製過程でコイルや磁性薄膜の絶縁等により、磁心の内
部応力がたかまっていることが予測されているが、それ
にもかかわらず磁歪が比較的大きいＣｏＦｅＳｉＢ／Ｓ
ｉＯ２多層膜の損失が小さいことを示している。したが
って、実施例３に述べたように磁性膜の高周波損失にお
よぼす磁歪の影響は小さいと考えられる。
【００２６】
【実施例６】（Ｃｏ１−ｘＦｅｘ）８２（Ｓｉ０．４８
Ｂ０．５２）１８単層膜と、この磁性膜とＳｉＯ２をタ
ーゲットとし作製した絶縁膜とを多層化した磁性薄膜の
複素透磁率の実数部と虚数部を比較した結果を図７に示
す。多層化により虚数部の値は小さくなり、総磁性膜の
厚さが同じ場合には、多層化により、複素透磁率の実数
部の値を変えることなく虚数部の値を小さくできる。
Ｂ０．５２）１８単層膜と、この磁性膜とＳｉＯ２をタ
ーゲットとし作製した絶縁膜とを多層化した磁性薄膜の
複素透磁率の実数部と虚数部を比較した結果を図７に示
す。多層化により虚数部の値は小さくなり、総磁性膜の
厚さが同じ場合には、多層化により、複素透磁率の実数
部の値を変えることなく虚数部の値を小さくできる。
【００２７】
【実施例７】実施例５のインダクタの挿入損失の周波数
特性について述べる。図８は磁心幅を３００μｍとし、
同じコイルピッチで巻数をかえ、磁心長さを変えた場合
の挿入損失を周波数に対して示す。磁心の長さを小さく
して、インダクタンス値を小さくしても、磁心の損失抵
抗の増大により共振周波数を高くすることができない。
特性について述べる。図８は磁心幅を３００μｍとし、
同じコイルピッチで巻数をかえ、磁心長さを変えた場合
の挿入損失を周波数に対して示す。磁心の長さを小さく
して、インダクタンス値を小さくしても、磁心の損失抵
抗の増大により共振周波数を高くすることができない。
【００２８】一方、磁心幅を２５０μｍ以下の磁心幅を
用いたインダクタを用い、巻数を変えて、磁心の長さを
変え、インダクタンス値を変えた場合の挿入損失の周波
数特性を図９に示す。磁心の損失抵抗の増加がないため
インダクタンスの低下、即ち、巻数の低下にともない、
共鳴周波数は増大している。この結果は、矩形の磁心を
用いる場合には、磁心の輻に対して、十分長いことが必
要であることを示している。
用いたインダクタを用い、巻数を変えて、磁心の長さを
変え、インダクタンス値を変えた場合の挿入損失の周波
数特性を図９に示す。磁心の損失抵抗の増加がないため
インダクタンスの低下、即ち、巻数の低下にともない、
共鳴周波数は増大している。この結果は、矩形の磁心を
用いる場合には、磁心の輻に対して、十分長いことが必
要であることを示している。
【００２９】
【発明の効果】上記のように、本発明の高周波領域で低
損失を示す多層膜は薄膜インダクタのの高周波領域にお
ける性能指数を向上させ、フィルタ等に用いた場合は挿
入損失の減衰量を増加させることになる。また、高周波
低損失磁性薄膜を用いることにより、高周波での損失抵
抗を低減できるため、高周波デバイスの性能を向上させ
ることができ、その工業的意義は大きい。
損失を示す多層膜は薄膜インダクタのの高周波領域にお
ける性能指数を向上させ、フィルタ等に用いた場合は挿
入損失の減衰量を増加させることになる。また、高周波
低損失磁性薄膜を用いることにより、高周波での損失抵
抗を低減できるため、高周波デバイスの性能を向上させ
ることができ、その工業的意義は大きい。
【図１】微小寸法形状およびその集合体の平面形状
【図２】（Ｃｏ１−ｘＦｅｘ）８２（Ｓｉ０．４８Ｂ
０．５２）１８／ＳｉＯ２多層膜の飽和磁化、複素透磁
率の実数部および虚数部と鉄濃度との関係を示す特性図
０．５２）１８／ＳｉＯ２多層膜の飽和磁化、複素透磁
率の実数部および虚数部と鉄濃度との関係を示す特性図
【図３】（Ｃｏ０．９５Ｆｅ０．０５）８２（Ｓｉ
０．６Ｂ０．４）１８／ＳｉＯ２多層膜における磁性膜
および絶縁膜の膜厚と複素透磁率の実数部と虚数部の比
との関係を示す特性図
０．６Ｂ０．４）１８／ＳｉＯ２多層膜における磁性膜
および絶縁膜の膜厚と複素透磁率の実数部と虚数部の比
との関係を示す特性図
【図４】（Ｃｏ１−ｘＦｅｘ）８２（Ｓｉ０．４８Ｂ
０．５２）１８／ＳｉＯ２単層および多層膜の磁歪と鉄
濃度との関係を示す特性図
０．５２）１８／ＳｉＯ２単層および多層膜の磁歪と鉄
濃度との関係を示す特性図
【図５】薄膜インダクタの外観図
【図６】（Ｃｏ０．９Ｆｅ０．１）８２（Ｓｉ０．４８
Ｂ０．５２）１８およびＣｏ８１Ｎｂ１６Ｚｒ３薄膜を
もちいたインダクタの抵抗およびインダクタンスとの関
係を示す特性図
Ｂ０．５２）１８およびＣｏ８１Ｎｂ１６Ｚｒ３薄膜を
もちいたインダクタの抵抗およびインダクタンスとの関
係を示す特性図
【図７】（Ｃｏ１−ｘＦｅｘ）８２（Ｓｉ０．５５Ｂ
０．４５）１８単層膜および多層膜における複素透磁率
の実数部および虚数部との関係を示す特性図
０．４５）１８単層膜および多層膜における複素透磁率
の実数部および虚数部との関係を示す特性図
【図８】幅３００μｍの多層薄膜を磁心としたインダク
タを用いた場合のフィルタの挿入損失と周波数との関係
を示す特性図
タを用いた場合のフィルタの挿入損失と周波数との関係
を示す特性図
【図９】幅２００μｍの多層薄膜を磁心としたインダク
タを用いた場合のフィルタの挿入損失と周波数との関係
を示す特性図
タを用いた場合のフィルタの挿入損失と周波数との関係
を示す特性図
Claims (9)
- 【請求項１】磁性薄膜と絶縁薄膜を交互に積層する多層
磁性薄膜において、複素透磁率の実数部の実効値が４５
０以上で、かつ実数部と虚数部の比が１００ＭＨｚで５
０以上または２００ＭＨｚで２０以上を有することを特
徴とする高周波低損失磁性薄膜。 - 【請求項２】飽和磁束密度が１２ｋＧ以上を有する磁性
薄膜からなることを特徴とする請求項１に記載の高周波
低損失磁性薄膜。 - 【請求項３】磁性薄膜が、原子濃度で（Ｃｏ１−ｘＦｅ
ｘ）１００−ｚ（Ｓｉ１−ｙＢｙ）ｚ（但し、０．０２
＜ｘ＜０．１６、０．３＜ｙ＜０．７、２５＜ｚ＜１
４）からなる合金またはＣｏ（残部）、８〜２０ａｔ．
％Ｎｂ、２〜５ａｔ．％Ｚｒ合金からなり、絶縁薄膜が
ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＡｌＮおよびＢＮの
うち１種または２種以上を含有した組成物からなること
を特徴とする請求項１または請求項２に記載の高周波低
損失磁性薄膜。 - 【請求項４】磁性薄膜をアルゴンガス中で成膜し、絶縁
薄膜をアルゴンガスまたはアルゴン、酸素および窒素の
うち２種以上の混合ガス中で成膜することを特徴とする
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の高周波低損失
磁性薄膜。 - 【請求項５】矩形状磁性薄膜において短辺が５０μｍ以
上１ｍｍ以下で、かつ長辺が短辺の１．５倍を越える形
状を有する単体または集合体を形成することを特徴とす
る請求項１ないし４のいずれか１項に記載の高周波低損
失磁性薄膜。 - 【請求項６】矩形状の長辺方向が磁化困難方向になるよ
うに磁界中成膜することを特徴とする請求項１ないし５
のいずれか１項に記載の高周波低損失磁性薄膜。 - 【請求項７】請求項１ないし６のいずれか１項に記載の
高周波低損失磁性薄膜よりなる薄膜インダクタ。 - 【請求項８】請求項１ないし６のいずれか１項に記載の
高周波低損失磁性薄膜よりなる薄膜トランス。 - 【請求項９】請求項１ないし６のいずれか１項に記載の
高周波低損失磁性薄膜よりなる磁気センサー。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26342395A JPH0974016A (ja) | 1995-09-05 | 1995-09-05 | 高周波低損失磁性薄膜 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26342395A JPH0974016A (ja) | 1995-09-05 | 1995-09-05 | 高周波低損失磁性薄膜 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0974016A true JPH0974016A (ja) | 1997-03-18 |
Family
ID=17389292
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26342395A Abandoned JPH0974016A (ja) | 1995-09-05 | 1995-09-05 | 高周波低損失磁性薄膜 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0974016A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2769122A1 (fr) * | 1997-09-29 | 1999-04-02 | Commissariat Energie Atomique | Procede pour augmenter la frequence de fonctionnement d'un circuit magnetique et circuit magnetique correspondant |
| US7752737B2 (en) | 2007-07-03 | 2010-07-13 | Fuji Electric Device Technology Co., Ltd. | Method for manufacturing a powder magnetic core |
| US8974608B2 (en) | 2007-04-17 | 2015-03-10 | Fuji Electric Co., Ltd. | Powder magnetic core and the method of manufacturing the same |
| CN108701520A (zh) * | 2016-03-01 | 2018-10-23 | 日东电工株式会社 | 磁性薄膜及线圈模块 |
| WO2025099971A1 (ja) * | 2023-11-09 | 2025-05-15 | 株式会社村田製作所 | インダクタ部品 |
| WO2025099968A1 (ja) * | 2023-11-09 | 2025-05-15 | 株式会社村田製作所 | インダクタ部品 |
-
1995
- 1995-09-05 JP JP26342395A patent/JPH0974016A/ja not_active Abandoned
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2769122A1 (fr) * | 1997-09-29 | 1999-04-02 | Commissariat Energie Atomique | Procede pour augmenter la frequence de fonctionnement d'un circuit magnetique et circuit magnetique correspondant |
| WO1999017319A1 (fr) * | 1997-09-29 | 1999-04-08 | Commissariat A L'energie Atomique | Procede pour augmenter la frequence de fonctionnement d'un circuit magnetique et circuit magnetique correspondant |
| US6940383B2 (en) | 1997-09-29 | 2005-09-06 | Commissariat A L'energie Atomique | Method for increasing the operating frequency of a magnetic circuit and corresponding magnetic circuit |
| US8974608B2 (en) | 2007-04-17 | 2015-03-10 | Fuji Electric Co., Ltd. | Powder magnetic core and the method of manufacturing the same |
| US7752737B2 (en) | 2007-07-03 | 2010-07-13 | Fuji Electric Device Technology Co., Ltd. | Method for manufacturing a powder magnetic core |
| CN108701520A (zh) * | 2016-03-01 | 2018-10-23 | 日东电工株式会社 | 磁性薄膜及线圈模块 |
| WO2025099971A1 (ja) * | 2023-11-09 | 2025-05-15 | 株式会社村田製作所 | インダクタ部品 |
| WO2025099968A1 (ja) * | 2023-11-09 | 2025-05-15 | 株式会社村田製作所 | インダクタ部品 |
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