JPH1025530A

JPH1025530A - 高周波用軟磁性合金とそれを用いた平面型磁気素子、アンテナおよび電波吸収体

Info

Publication number: JPH1025530A
Application number: JP9041202A
Authority: JP
Inventors: Kumiko Ominato; 久美子大湊; Takashi Hatauchi; 隆史畑内; Naoya Hasegawa; 直也長谷川; Yasuo Hayakawa; 康男早川; Teruhiro Makino; 彰宏牧野
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 1996-02-26
Filing date: 1997-02-25
Publication date: 1998-01-27
Anticipated expiration: 2017-02-25
Also published as: JP4208979B2

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、高周波用などの磁性材料として高
い比抵抗を有し、高周波数帯域で透磁率が高い軟磁性合
金を提供すること、およびそれを用いた平面型磁気素
子、アンテナ、電波吸収体を提供することを目的とす
る。【解決手段】本発明は、Ｃｏを主成分とし、さらに、
Ｆｅ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｍｎ、Ａｌより選択された一種また
は二種以上の元素Ｔを主要成分とする面心立方構造また
は体心立方構造もしくは両者が混合した平均結晶粒径３
０ｎｍ以下の結晶相と、それら結晶相を取り囲むＴｉ、
Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗと希土類元素から選
ばれる一種または二種以上の元素Ｍ、Ｏ、および元素Ｍ
の酸化物の少なくとも一種以上と、Ｆｅと元素Ｔを含む
強磁性の非晶質相とを主体としてなるものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高周波数帯域で高
い透磁率を示し、低損失の高周波用軟磁性合金とそれを
用いた平面型磁気素子（トランス、インダクタ）、アン
テナおよび電波吸収体に関する。

【０００２】

【従来の技術】磁気素子の小型化、高性能化に伴い、高
い飽和磁束密度を有する上に、数百ＭＨｚ以上の周波数
帯域における透磁率が高く、高い比抵抗を有する軟磁性
合金が求められている。従来、高い飽和磁束密度をもつ
磁性材料としてＦｅあるいはＦｅを主成分とする合金が
多く知られているが、スパッタ法などの成膜技術により
これらのＦｅ系合金の磁性膜を作成すると、飽和磁束密
度は高いものの保磁力が大きく、また比抵抗が小さくな
ってしまい良好な軟磁気特性を得ることは困難であっ
た。また、高周波数における透磁率低下の原因の一つに
渦電流の発生による損失がある。この高周波透磁率の低
下の一因である渦電流損失を防ぐために、薄膜化および
薄膜の高抵抗化を図ることが望まれている。しかしなが
ら、磁気特性を保ったまま比抵抗を高めることは非常に
難しく、センダストやアモルファス合金などの合金系の
軟磁性薄膜の比抵抗は、数十〜百数十μΩ・cm程度と小
さく、少なくとも０．５Ｔ（テスラ）以上の飽和磁束密
度を確保しながら比抵抗を高めた軟磁性合金が求められ
ている。また、合金を薄膜として得る場合には、磁歪の
発生などの影響により良好な軟磁気特性を得ることはさ
らに困難である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような背景から本
発明者らは、Ｆｅ−Ｍ−Ｏ系（ただし、元素Ｍは４ａ、
５ａ族元素、あるいは希土類元素のうちの少なくとも一
種またはそれらの混合物を示し、５０≦Ｆｅ≦７０、５
≦Ｍ≦３０、１０≦Ｏ≦３０（４０）の組成を有する）
の軟磁性材料を開発し、特開平６―３１６７４８号明細
書において特許出願している。この系の軟磁性材料によ
れば、比抵抗が高い（２１５．３〜１３３７０９μΩ・
ｃｍ）ので高周波領域における渦電流損失が少なく、高
周波領域において高い透磁率を得ることができ、飽和磁
束密度が０．５Ｔ以上の高い値（０．７〜１．５Ｔ前
後）を得ることができ、保磁力も低い（０．８〜４．０
Ｏｅ）ものであった。ところが、一般的に透磁率を表
すには、透磁率の実数部（μ'）と透磁率の虚数部
（μ''）の２つの値があり、トランス、インダクタやア
ンテナの用途には実数部の値が高く、虚数部の値は低い
ことが望まれるが、Ｆｅ−Ｍ−Ｏ系の軟磁性合金薄膜に
あっては数百ＭＨｚ以上の高周波帯域では透磁率の実数
部（μ'）の値を高い値にすることができるものの、透
磁率の虚数部が透磁率の実数部の値を超えるように大き
くなり、（透磁率の実数部）／（透磁率の虚数部）の
値、即ち、（μ'）／（μ''）で表されるＱ（性能係
数）の値が１を下回るようになり、損失が大きくなる問
題がある。

【０００４】この種のバルク材料としてＢａ₃Ｃｏ₂Ｆｅ
₅₄Ｏ₄₁（一般にはＣｏ₂Ｚなどと表記する）などの組成
式で表されるマグネトプランバイトが高周波領域で高い
Ｑ値を示すことが知られているが、このものにあっても
図１４に示すように１ＧＨｚの高周波領域ではＱの値が
１となり、それ以上の高周波帯域では損失が増大する問
題がある。これに対して、通信関係の分野（パーソナル
ハンディホンシステム：ＰＨＳ）などにおいては、ＧＨ
ｚ帯域がより一層利用される傾向にある。また、現在の
ところ部品としては空芯のインダクタが利用されている
が、占有面積が大きく、磁性薄膜をコアに用いることに
よって小型化するニーズがあり、また将来的にはさらに
高いＱ値を持つ材料に対する要求が高まっていくと考え
られる。また、アンテナ材料においても同様の状況にあ
る。電波吸収体としては、吸収したい電波の周波数帯域
で透磁率の虚数部（μ''）が高いことが望まれるが、図
１４に示す従来材料では１ＧＨｚから上の帯域で透磁率
の虚数部の値が急激に低下する傾向にあり、このような
従来材料ではＧＨｚ帯域の電波吸収体に適していない問
題がある。

【０００５】本発明は前記課題を解決するためになされ
たもので、高周波用などの磁性材料として高い比抵抗を
有し、高周波数帯域で透磁率が高い軟磁性合金を提供す
ること、およびそれを用いた平面型磁気素子、電波吸収
体、アンテナを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の高周波用軟磁性
合金は、Ｃｏを主成分とし、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｍｎ、
Ａｌより選択された一種または二種以上の元素Ｔを主要
成分とする面心立方構造または体心立方構造もしくは両
者が混合した平均結晶粒径３０ｎｍ以下の結晶相と、そ
れら結晶相を取り囲むＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、
Ｍｏ、Ｗと希土類元素から選ばれる一種または二種以上
の元素Ｍ、Ｏ、および元素Ｍの酸化物の少なくとも一種
以上と、Ｆｅと元素Ｔを含む強磁性の非晶質相とを主体
としてなるものである。本発明においては合金の平均結
晶粒径を７ｎｍ以下としたものである。本発明は、前記
高周波用軟磁性合金を下記の組成からなるものとしたも
のである。（Ｃｏ_1-cＴ_c）_xＭ_yＱ_zＸ_wＺ_s ただし、ＴはＦｅ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｍｎ、Ａｌから選ばれ
た一種または二種以上の元素であり、ＭはＴｉ、Ｚｒ、
Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗと希土類元素から選ばれた
一種または二種以上の元素であり、ＱはＯ、Ｎ、Ｃ、Ｂ
から選ばれた一種または二種以上の元素であり、ＸはＳ
ｉもしくはＣｒのうちの一種または二種の元素、ＺはＡ
ｕ、Ａｇと白金族の元素のうちの一種または二種以上の
元素であり、組成比を示すｃは、０．０５≦ｃ≦０．
５、ｙ、ｚ、ｗ、ｓはａｔ％で、３≦ｙ≦３０、７≦ｚ
≦４０、０≦ｗ≦２０、０≦ｓ≦２０の関係を満足し、
残部はｘと不可避不純物である。

【０００７】本発明は、前記組成において、前記組成比
ｙとｚをａｔ％で５≦ｙ≦２０、１０≦ｚ≦３０とする
とさらに好ましい。本発明は、前記元素ＴをＦｅとする
とより好ましい。本発明においては、前記高周波用軟磁
性合金の結晶面内に一軸磁気異方性を有し、その異方性
磁界を１０Ｏｅ以上としたものである。本発明におい
ては、比抵抗を２００μΩ・ｃｍ、あるいは比抵抗を４
００μΩ・ｃｍとした。本発明においては、前記高周波
用軟磁性合金の共鳴周波数を２ＧＨｚ以上としたもので
ある。本発明においては、前記高周波用軟磁性合金は、
成膜直後において非晶質相が全組織の３０％以上の面積
を占めているものである。また、上記高周波用軟磁性合
金は、該合金の磁心を備えた平面型磁気素子、アンテ
ナ、電波吸収体として好ましい。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下に本発明についてさらに詳細
に説明する。本発明の高周波用軟磁性合金において、Ｃ
ｏと元素Ｔは主成分であり、ＣｏとＦｅとＮｉは磁性を
担う元素である。特に高飽和磁束密度を得るためには、
ＣｏとＦｅの含有量は多いほど好ましいが、ＣｏとＦｅ
の含有量を少なくし過ぎると飽和磁束密度が小さくなっ
てしまう。また、Ｃｏには一軸磁気異方性を大きくする
作用がある。Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ
から選ばれる一種または二種以上の元素と、希土類元素
（すなわち、周期表の３ａ族に属するＳｃ、Ｙ、あるい
は、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇ
ｄ、Ｔｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕなどの
ランタノイド）から選ばれる一種または二種以上の元素
である元素Ｍは、軟磁気特性と高抵抗を両立するために
必要なものである。これらは酸素と結合し易く、結合す
ることで酸化物を形成する。この酸化物の含有量を調整
することによって比抵抗を高めることができる。一方、
本願発明の組成範囲とするならば、高い比抵抗を得るこ
とができ、比抵抗を高めることで渦電流損失を低減する
ことができ、高周波透磁率の低下を抑制でき、高周波特
性を改善できる。

【０００９】次に、元素Ｔ（Ｆｅ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｍｎ、
Ａｌから選ばれた一種または二種以上の元素）は、Ｃｏ
の面心立方構造（ｆｃｃ構造）を安定化する。また、元
素Ｚ（Ａｕ、Ａｇと白金族の元素（Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、
Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ）のうちの一種または二種以上の元
素）は本願発明合金の耐食性を向上させるが、その含有
量が２０ａｔ％（原子％）を超えると軟磁気特性（透磁
率）が劣化する。良好な軟磁気特性を確保しつつ高い飽
和磁束密度を維持するためには、ａｔ％で３≦Ｍ≦３
０、７≦Ｑ≦４０、０≦Ｘ≦２０、０≦Ｚ≦２０の範囲
とすることが好ましい。また、さらに、良好な軟磁気特
性と高い飽和磁束密度を確実に得るためには、ａｔ％で
５≦Ｍ≦２０、１０≦Ｑ≦３０の範囲とすることがより
好ましい。

【００１０】上記合金からなる磁性膜を作成するには、
スパッタ、蒸着など既存の薄膜形成技術を適宜使用すれ
ばよい。スパッタ装置としてはＲＦ二極スパッタ、ＤＣ
スパッタ、マグネトロンスパッタ、三極スパッタ、イオ
ンビームスパッタ、対向ターゲット式スパッタなどの既
存のものを使用することができる。軟磁性合金膜中にＯ
（酸素）を添加する方法としては、Ａｒなどの不活性ガ
ス中にＯ₂ガスを混合した（Ａｒ＋Ｏ₂）混合ガス雰囲気
中でスパッタを行なう反応性スパッタ、あるいは、元素
Ｍの酸化物（ＨｆＯ₂など）のチップを用いた複合ター
ゲットをＡｒ雰囲気中、あるいはＡｒ＋Ｏ₂混合ガス雰
囲気中でスパッタする方法が有効である。また、Ｃｏの
ターゲット上に希土類元素などの元素Ｍあるいは元素Ｔ
などの各種ペレットを配置した複合ターゲットを用い
て、Ａｒ＋Ｏ₂混合ガス雰囲気中で製作することもでき
る。

【００１１】さらに、軟磁性合金膜の組織において、微
細結晶相はｆｃｃ構造であっても、体心立方構造（ｂｃ
ｃ構造）であっても良く、また、ｆｃｃ構造の微細結晶
相とｂｃｃ構造の微細結晶相の両方を含み、その他の部
分はＣｏと元素Ｔを含む非晶質相を主体とする混合組織
であっても良い。そのような組織を有し、前記組成を有
する場合、この合金膜は結晶の面内に一軸磁気異方性を
有し、その異方性磁界が１０Ｏｅ以上であり、比抵抗
を２００μΩ・ｃｍ以上、より高いものでは４００μΩ
・ｃｍ以上とすることができる。また、このときの平均
結晶粒径は、３０ｎｍ以下であり、より良好な磁気特性
を得るためには、７ｎｍ以下であることがより好まし
い。

【００１２】

【実施例】

（１）成膜高周波二極スパッタ装置を用いて、Ｃｏターゲットに本
発明の元素Ｍまたは元素Ｔなどの各元素の各種ペレット
を配置した複合ターゲットを用い、Ａｒ＋０．１〜１．
０％Ｏ₂の混合ガス雰囲気中でスパッタを行ない、膜厚
が約２μｍになるようにスパッタ時間を調整した。主な
スパッタ条件を以下に示す。予備排気：１×１０^-6Ｔｏｒｒ以下高周波入力：２００ＷＡｒガス圧：６〜８×１０^-3Ｔｏｒｒ基板：ガラス基板（間接水冷）（２）熱処理成膜後、膜の軟磁気特性を改善するため、真空加熱炉中
で、無磁場あるいは磁場中で３００〜６００℃の温度範
囲で６０〜３６０分間保持し徐冷するアニール処理を行
なった。（３）測定得られた合金磁性膜の組成を、ＥＰＭＡ（Ｅｌｅｃｔｒ
ｏｎＰｒｏｂｅＭｉｃｒｏＡｎａｌｙｓｉｓ）、
ＩＣＰ（ＩｎｄｕｃｔｉｖｅＣｏｕｐｌｅｄＰｌａｓ
ｍａ）、不活性ガス融解赤外線吸収法などにより求め
た。

【００１３】（試験１）まず、上記合金磁性膜の５００
ＭＨｚにおける複素透磁率の実数部の値（μ'）と５０
０ＭＨｚにおける複素透磁率の虚数部の値（μ''）を測
定した。また、比抵抗（ρ）を４端子法により測定し
た。図１に示す三角組成図に、前記の方法で製造したＣ
ｏ−Ｆｅ−Ｈｆ−Ｏ系の薄膜試料（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、
Ｅ、Ｆ、Ｇ）における（Ｃｏ＋Ｆｅ）含有量とＨｆ含有
量とＯ含有量に対する透磁率（μ'、μ''）と比抵抗
（ρ）の測定結果を示す。図１に示す結果から、Ｈｆ
とＯの濃度が高くなるに従って比抵抗が高くなり、これ
に伴ってＱ（＝μ'／μ''）の値が高くなり、高周波で
の損失は小さくなる。従って図１に示したＡ、Ｂ、Ｃの
試料は、アンテナや平面型磁気素子（トランス、インダ
クタ）として好適である。また、Ｅ、Ｆ、Ｇの試料は５
００ＭＨｚ付近の使用ではμ''の値が高いので高周波帯
域での損失が高いことになり、電波吸収体として好適で
ある。ただし、前記の組成による応用区分は絶対的なも
のではなく、使用する周波数帯域や膜厚が変化すれば、
それに伴って変わってくるのは勿論である。

【００１４】次に、Ｃｏ_46.5Ｆｅ_17.5Ｈｆ_14.4Ｏ_21.6な
る組成の合金膜の、高分解能透過型電子顕微鏡写真の模
式図を図２に示す。また、これに加えてこの試料につい
て電子線回折、Ｘ線回折を行った結果、この膜は３〜５
ｎｍ程度の粒径の体心立方構造の超微細な結晶粒と、そ
れを取り囲むように粒界に存在する非晶質相（図２に斜
線で示す領域）からなっていることが判明した。図３
に、種々のＣｏ、Ｆｅの組成比率におけるＣｏ−Ｆｅ−
Ｈｆ−Ｏ膜の、成膜直後（ａｓ−ｄｅｐｏ．）の状態で
のＸ線回折像を示す。また、図中には１００ＭＨｚにお
けるμ'の値も併せて示した。図中、Ｆｅ₅₅Ｈｆ
₁₁Ｏ₃₄、Ｃｏ₆₅Ｈｆ₁₂Ｏ₂₃は比較例である。Ｆｅ₅₅Ｈｆ
₁₁Ｏ₃₄には、ｂｃｃ（１１０）の小さいピークと、２θ
＝４７°付近にアモルファスを示すハローが観察され、
ｂｃｃ相とアモルファス相からなることがわかる。これ
にＣｏを加えていくと、ｂｃｃ（１１０）の回折線は徐
々にブロードになり、ｈｃｐ相を示すブロードな回折線
が現れる。Ｆｅを全てＣｏで置換したＣｏ₆₅Ｈｆ₁₂Ｏ₂₃
では、ｈｃｐ相からの微小な回折線とハローが現れてお
り、この試料は微細なｈｃｐ相とアモルファス相からな
ると推察され、μ'の値は小さく、十分な軟磁気特性は
得られない。これらの結果から、本発明の高周波用軟磁
性合金は、成膜直後に微細な結晶組織を有しており、さ
らにアモルファス相は全組織の３０％以上、より好まし
くは３０〜８０％（面積％）を占めていることがわか
る。

【００１５】また、Ｃｏ_46.5Ｆｅ_17.5Ｈｆ_14.4Ｏ_21.6な
る組成の試料について、透磁率の周波数依存性を測定し
た結果を図４に示す。この試料は、１ＧＨｚにおいても
Ｑ≒２であり、従来材料よりもＧＨｚ帯域において低損
失であり、従って平面型磁気素子（トランス、インダク
タ）、アンテナの磁心として好適であることが判明し
た。また、この例の試料は、Ｆｅ−Ｍ−Ｏ系の材料より
もＧＨｚ帯域においてμ''が高いので、ＧＨｚ帯域にお
ける電波吸収体の部材としても好適である。さらに、図
５にＣｏ_44.3Ｆｅ_19.1Ｈｆ_14.5Ｏ_22.1なる組成の試料の
μ'、μ''の周波数依存性を示す。この試料は、静磁界
中で成膜した直後の状態であり、透磁率は磁化困難軸
（ｈａｒｄａｘｉｓ）方向の測定結果である。図５か
ら明らかなように、μ'は１ＧＨｚまでほぼ一定であ
り、μ''も低く抑えられており、性能係数Ｑは１００Ｍ
Ｈｚで６１であり、１ＧＨｚにおいても２．９である。
この試料の飽和磁化は１．１Ｔで、比抵抗（ρ）は１４
００μΩ・ｃｍと非常に高い値であった。また、自然共
鳴周波数も１ＧＨｚよりも大きな値であり、２ＧＨｚ以
上の値を示しているものと思われる。なお、比較例とし
て図５に示したＦｅ₆₁Ｈｆ₁₃Ｏ₂₆なる組成の試料は、静
磁界中で４００℃×３時間の熱処理を施したものであ
り、μ'は高いもののμ''も高く、１００ＭＨｚにおい
てＱ＝２６と低い値にとどまっている。

【００１６】図６（Ａ）は、成膜直後の状態におけるＦ
ｅ₅₅Ｈｆ₁₁Ｏ₃₄なる組成の膜の高分解ＴＥＭ（Ｔｒａｎ
ｓｍｉｓｓｉｏｎＥｌｅｃｔｒｏｎＭｉｃｒｏｓｃ
ｏｐｙ）像、図６（Ｂ）は、Ｆｅ₅₅Ｈｆ₁₁Ｏ₃₄なる組成
の膜のＥＤＸ（ＥｎｅｒｇｙＤｉｓｐｅｒｓｉｖｅＸ
−ｒａｙＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）による微小領域
の組成分析結果を示したものであり、図７（Ａ）は、成
膜直後の状態におけるＣｏ_44.3Ｆｅ_19.1Ｈｆ_14.5Ｏ_22.1
なる組成の膜の高分解ＴＥＭ像、図７（Ｂ）は、Ｃｏ
_44.3Ｆｅ_19.1Ｈｆ_14.5Ｏ_22.1なる組成の膜のＥＤＸによ
る微小領域の組成分析結果を示したものである。図６
（Ａ）のＴＥＭ像より、Ｆｅ₅₅Ｈｆ₁₁Ｏ₃₄なる組成の膜
は、粒径１０ｎｍ以下の微細なｂｃｃ結晶粒（図中番号
１）と、粒間のアモルファス相（図中番号２）からなる
ことがわかる。図６（Ｂ）の組成分析の結果から、ｂｃ
ｃ相中にもＨｆ、Ｏ元素が含まれていることが推察され
るが、アモルファス相中のＨｆ、Ｏ濃度が結晶相中のＨ
ｆ、Ｏ濃度に比べて高くなっていることがわかる。ま
た、Ｃｏ_44.3Ｆｅ_19.1Ｈｆ_14.5Ｏ_22.1なる組成の膜も同
様に、微細なｂｃｃ相とアモルファス相の混相組織を有
しているが、ｂｃｃ結晶粒径は５ｎｍ以下であり、Ｆｅ
₅₅Ｈｆ₁₁Ｏ₃₄なる組成の膜の粒径に比べて非常に微細に
なっていることがわかる。ＥＤＸによる微小領域の組成
分析結果からは、結晶相内もアモルファス相内もおよそ
Ｃｏ：Ｆｅ＝７：３であるが、ＨｆとＯのピークはアモ
ルファス相内の方が結晶相内より大きく、Ｃｏ_44.3Ｆｅ
_19.1Ｈｆ₁₄ _.5Ｏ_22.1なる組成の膜においても、Ｈｆおよ
びＯはアモルファス相中に高濃度に含まれていると考え
られる。

【００１７】図８は、Ｃｏ_44.3Ｆｅ_19.1Ｈｆ_14.5Ｏ_22.1
なる組成の試料の磁化曲線を、Ｆｅ ₆₁Ｈｆ₁₃Ｏ₂₆なる組
成の試料と比較したものである。図中、Ａの曲線は、磁
化容易軸（ｅａｓｙａｘｉｓ）方向の磁化曲線を示
し、Ｂの曲線は磁化困難軸方向の磁化曲線を示す。図よ
り明らかなように、Ｃｏ_44.3Ｆｅ_19.1Ｈｆ_14.5Ｏ_22.1な
る組成の試料の異方性磁界Ｈ_kは４．８ｋＡ／ｍで、Ｆ
ｅ₆₁Ｈｆ₁₃Ｏ₂₆なる組成の試料の約４倍の大きさであ
り、異方性エネルギーＫ_uも大きくなっている。また、
Ｂ−Ｈトレーサーにて測定した異方性の角度分散α₉₀の
値もＣｏ_44.3Ｆｅ₁₉ _.1Ｈｆ_14.5Ｏ_22.1なる組成の試料の
方が小さくなっており、Ｆｅの大部分をＣｏで置換する
ことにより強い一軸磁気異方性が付与されていることが
わかる。その結果、図４、図５で示したように周波数特
性が改善されたものと考えられる。

【００１８】次に、本発明に係る組成系で前記とは異な
る組成の各種合金膜を前記と同等の方法で製造し、各合
金膜試料について５００ＭＨｚにおける複素透磁率の実
数部の値（μ'）と虚数部の値（μ''）を測定するとと
もに、電子線回折、Ｘ線回折を行った結果特定できた結
晶構造と平均結晶粒径を表１に記載する。

【００１９】

【表１】

【００２０】以上のような特性から、本発明に係る軟磁
性合金は、Ｆｅ−Ｍ−Ｏ系の微細結晶とアモルファス相
との混合型の、本発明者らが先に特許出願している軟磁
性合金と同様に比抵抗が高いために、渦電流損失が少な
い特徴があり、さらに、Ｆｅ−Ｍ−Ｏ系の軟磁性合金よ
りも一軸磁気異方性が数倍大きく、自然共鳴周波数がよ
り高周波数帯域側に移動しているので、ＧＨｚ帯域での
自然共鳴損失を低減できていることが明らかである。

【００２１】図９は、Ｆｅ−Ｈｆ−Ｏ系の膜およびＣｏ
−Ｆｅ−Ｈｆ−Ｏ系の膜の複素初透磁率の実数部μ'と
性能係数Ｑ（＝μ'／μ''）の周波数特性を、これまで
に知られている主な合金系軟磁性薄膜と比較したもので
ある。従来の軟磁性薄膜は、１ＭＨｚ付近でのμ'は高
いが比抵抗（ρ）が小さいため、渦電流による損失によ
りμ'は周波数の増加とともに低下する。これに対し
て、高抵抗率のＦｅ−Ｈｆ−Ｏ系の膜は、１〜１０ＭＨ
ｚの比較的低周波領域におけるμ'は低いものの、１０
０ＭＨｚ以上までほとんど一定であり、約４０ＭＨｚ以
上では、従来の軟磁性薄膜より高くなることがわかる。
また、高い比抵抗に加えて強い一軸磁気異方性を有する
Ｃｏ_44.3Ｆｅ_19.1Ｈｆ_14.5Ｏ_22.1なる組成の膜において
は、μ'の値としては１７０程度に低下するが、１ＧＨ
ｚまでほぼフラットな周波数特性を示している。ここ
で、Ｆｅ₆₂Ｈｆ₁₁Ｏ₂₇膜は、静磁界を印加しながら成膜
した直後の状態、Ｆｅ₆₁Ｈｆ₁₃Ｏ₂₆膜は、無磁界中成膜
後に静磁界中熱処理したものであり、いずれも磁化困難
軸方向の測定結果である。一方Ｑ値においても、Ｆｅ−
Ｈｆ−Ｏ系の膜およびＣｏ−Ｆｅ−Ｈｆ−Ｏ系の膜は、
数十ＭＨｚ以上の高周波数領域において高い値を示す。
特に、Ｃｏ_44.3Ｆｅ_19.1Ｈｆ_14.5Ｏ_22.1なる組成の膜で
は、１００ＭＨｚにおいて６１、１ＧＨｚにおいても
２．９である。このように、Ｆｅ−Ｈｆ−Ｏ系の膜およ
びＣｏ−Ｆｅ−Ｈｆ−Ｏ系の膜は、ＭＨｚ〜ＧＨｚの広
い周波数帯域において優れた軟磁気特性を有する。

【００２２】図１０（ａ）、（ｂ）に、前記組成の軟磁
性合金の磁性膜を用いて作成された平面型磁気素子（イ
ンダクタ）の第一の構造例を示す。この例のインダクタ
Ｂにおいては、基板１の両面にスパイラル状の平面コイ
ル２、２が形成され、各コイル２、２と基板面を覆って
絶縁膜３が設けられ、各絶縁膜３の上に磁性膜４が被覆
され、基板１の中央部分に形成したスルーホール５を介
してコイル２、２の中心部分が電気的に接続されてい
る。また、基板１の両面のコイル２、２からそれぞれ端
子６が基板１の外方に出されている。この構成のインダ
クタＢにおいては、平面コイル２、２をそれぞれ絶縁膜
３を介して磁性膜４、４で挟むことにより、端子６、６
間にインダクタが構成されるようになっている。

【００２３】前記基板１は、セラミック材料からなる基
板、Ｓｉウェハの基板あるいは樹脂基板などからなる。
セラミック材料で基板１を構成する場合は、アルミナ、
ジルコニア、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム、
ステアタイト、ムライト、コージライト、フォルステラ
イト、スピネルなどの各種のものを適宜選択して用いる
ことができるが、熱膨張率をＳｉの熱膨張率に近づける
ために、熱電導率が大きく、曲げ強度も大きい窒化アル
ミニウムなどを用いることが好ましい。

【００２４】平面コイル２は、銅、銀、金、アルミニウ
ムあるいはこれらの合金などの良導電性金属材料からな
り、インダクタンス、直流重畳特性、サイズなどに応じ
て、電気的に直列に、縦にあるいは横に絶縁膜を介して
適宜配置することができる。また、平面コイル２を並列
的に複数設けることでトランスを構成できる。さらに、
平面コイル２は、導電層を基板上に形成後、フォトエッ
チングすることにより各種の形状に作成できる。導電層
の製膜方法としては、プレス圧着、メッキ、金属溶射、
真空蒸着、スパッタリング、イオンプレーティング、ス
クリーン印刷焼成法などの適宜の方法を用いれば良い。
絶縁膜３は、平面コイル２への通電時において、磁性膜
４と導通してショートすることを防止するために設けら
れている。絶縁膜３は、ポリイミドなどの高分子フィル
ム、ＳｉＯ₂、ガラス、硬質炭素膜などの無機質膜から
なるものを用いることが好ましい。この絶縁膜３は、ペ
ースト印刷後に焼成する方法、溶融メッキ法、溶射、気
相メッキ、真空蒸着、スパッタリング、イオンプレーテ
ィングなどの方法により形成される。磁性膜４は、先に
説明した組成の軟磁性合金の膜から構成されている。

【００２５】前記の如く構成されたインダクタＢは、小
型かつ薄型で軽量であり、優れた磁気特性を有する磁性
膜４を有しているので、平面型磁気素子の小型軽量化に
寄与するとともに、優れたインダクタンスを示す。

【００２６】図１１は、前記組成の軟磁性合金の磁性膜
を用いて構成されたインダクタの第二の構造例を示す。
この例のインダクタＣにおいては、基板１０の上に酸化
膜１１と磁性膜１２と絶縁膜１３とが順次積層され、絶
縁膜１３上に平面コイル１４が形成され、平面コイル１
４と絶縁膜１３を覆って絶縁膜１５が形成され、絶縁膜
１５上に磁性膜１６が形成されている。

【００２７】前記基板１０は先の例の基板１と同等の材
料からなり、磁性膜１２は先の例の磁性膜４と同等の材
料からなり、絶縁膜１３は先の例の絶縁膜３と同等の材
料からなる。前記酸化膜１１は、基板１０に例えばＳｉ
ウェハの基板を用いた場合に、Ｓｉウェハを加熱して熱
酸化することにより形成できる。ただし、この酸化膜１
１は必須のものではなく、省略しても差し支えない。こ
の例の構成のインダクタＣにおいても先に説明した例の
インダクタＢと同様に、優れたインダクタンスを示し、
小型かつ軽量であり、平面型磁気素子の小型軽量化に寄
与する。また、上述した例においては、平面型磁気素子
（インダクタ）の例を示したが、例えば、一次側と二次
側のコイルを設けてトランスとして用いることも可能で
ある。

【００２８】図１２は本発明に係る軟磁性合金の磁性膜
２０を基板シート２１の一面に形成してなる電波吸収体
２２の一例を示すものであり、この例において磁性膜２
０は先に説明した系の合金からなるシート状に形成され
ている。また、図１３は図１２の電波吸収体を複層構造
としたもので、磁性膜２０を備えた基板シート２１が３
層積層されて電波吸収体２５が構成されている。この構
成において積層する磁性膜２０、２０、２０はそれぞれ
先に説明した組成の軟磁性合金から形成されるが、各磁
性膜２０、２０、２０の一軸磁気異方性の方向を交互に
９０゜交差させて積層することが電磁波吸収性の面から
見て好適である。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように本発明の軟磁性合金
は、前述した特定の組成と特定の組成比からなるＣｏを
主成分とする合金であり、高い飽和磁束密度を有し、高
い比抵抗を実現し、優れた透磁率を示す軟磁性合金であ
るので、ＧＨｚ帯域でのＱの値が大きくならず、損失の
少ない磁心を提供できるので、薄膜トランス、磁気ヘッ
ド用のコア、薄膜インダクタ、スイッチング素子などの
磁気素子の小型軽量化、高性能化に大きく寄与するもの
である。また、合金の結晶粒径は７ｎｍ以下であること
が好ましく、その場合により良好な磁気特性を得ること
ができる。

【００３０】また、（Ｃｏ_1-cＴ_c）_xＭ_yＱ_zＸ_wＺ_sなる
組成式で示されたものは、飽和磁束密度を高く維持しつ
つ高比抵抗を実現でき、ＧＨｚにおよぶ高周波帯域にお
いても透磁率の実数部を高く、虚数部を適度な大きさに
制御できるので、高周波帯域でのＱの値を小さくするこ
とがなく、損失の少ない磁心を提供できる。さらに、本
発明に係る範囲の組成であれば、合金の面内に一軸磁気
異方性を有しその異方性磁界を１０Ｏｅ以上とするこ
とができるとともに、比抵抗を２００μΩ・ｃｍ以上あ
るいは４００μΩ・ｃｍ以上にすることができる。

【００３１】次に前記組成の軟磁性合金からなる磁心を
備えた平面型磁気素子（トランス、インダクタ）、電波
吸収体、アンテナであれば、ＧＨｚ帯域での使用も可能
であり、インダクタとアンテナにおいてはＧＨｚ帯域で
の損失の少ない特性の優れたものを、電波吸収体におい
てはＧＨｚ帯域において吸収特性の良好なものを提供で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るＦｅ−Ｈｆ−Ｏ系の合金膜にお
いて、各組成比の飽和磁束密度および／または比抵抗を
示す三角組成図である。

【図２】Ｃｏ_46.5Ｆｅ_17.5Ｈｆ_14.4Ｏ_21.6で示される
軟磁性合金膜の高分解能透過型電子顕微鏡写真の模式図
である。

【図３】本発明の実施例および比較例の合金膜におけ
るＸ線回折の結果を示すグラフである。

【図４】本発明の実施例の合金膜において透磁率の周
波数依存性を示すグラフである。

【図５】本発明の実施例および比較例の合金膜におけ
る透磁率の周波数依存性を示すグラフである。

【図６】図６（Ａ）は、Ｆｅ₅₅Ｈｆ₁₁Ｏ₃₄なる組成の
膜の、成膜直後の状態における高分解ＴＥＭ像、図６
（Ｂ）は、Ｆｅ₅₅Ｈｆ₁₁Ｏ₃₄なる組成の膜の、ＥＤＸに
よる微小領域の組成分析結果を示すチャートである。

【図７】図７（Ａ）は、Ｃｏ_44.3Ｆｅ_19.1Ｈｆ_14.5Ｏ
_22.1なる組成の膜の、成膜直後の状態における高分解Ｔ
ＥＭ像、図７（Ｂ）は、Ｃｏ_44.3Ｆｅ_19.1Ｈｆ_14.5Ｏ
_22.1なる組成の膜の、ＥＤＸによる微小領域の組成分析
結果を示すチャートである。

【図８】本発明の実施例および比較例の合金膜の磁化
曲線を示すグラフである。

【図９】Ｆｅ−Ｈｆ−Ｏ系の膜およびＣｏ−Ｆｅ−Ｈ
ｆ−Ｏ系の膜の複素初透磁率の実数部μ'と性能係数Ｑ
（＝μ'／μ''）の周波数特性を、これまでに報告され
ている主な合金系軟磁性薄膜と比較した結果を示すグラ
フである。

【図１０】図１０（ａ）は本発明に係る平面型磁気素
子の第一の例を示す平面図、図１０（ｂ）は図１０
（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図である。

【図１１】本発明に係る平面型磁気素子の第二の例を
示す断面図である。

【図１２】本発明に係る電磁場吸収シートの第一の例
を示す斜視図である。

【図１３】本発明に係る電磁場吸収シートの第二の例
を示す斜視図である。

【図１４】従来材料における透磁率の周波数依存性を
示すグラフである。

【符号の説明】

Ｂ、Ｃ平面型磁気素子（インダクタ）、２２、２５電波吸収体。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者早川康男東京都大田区雪谷大塚町１番７号アルプス電気株式会社内 (72)発明者牧野彰宏東京都大田区雪谷大塚町１番７号アルプス電気株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｃｏを主成分とし、さらに、Ｆｅ、Ｎ
ｉ、Ｐｄ、Ｍｎ、Ａｌより選択された一種または二種以
上の元素Ｔを主要成分とする面心立方構造または体心立
方構造もしくは両者が混合した平均結晶粒径３０ｎｍ以
下の結晶相と、それら結晶相を取り囲むＴｉ、Ｚｒ、Ｈ
ｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗと希土類元素から選ばれる一
種または二種以上の元素Ｍ、Ｏ、および元素Ｍの酸化物
の少なくとも一種以上と、Ｆｅと元素Ｔを含む強磁性の
非晶質相とを主体としてなることを特徴とする高周波用
軟磁性合金。
【請求項２】平均結晶粒径が７ｎｍ以下であることを
特徴とする請求項１に記載の高周波用軟磁性合金。
【請求項３】前記高周波用軟磁性合金が、下記の組成
からなることを特徴とする請求項１記載の高周波用軟磁
性合金。（Ｃｏ_1-cＴ_c）_xＭ_yＱ_zＸ_wＺ_s ただし、ＴはＦｅ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｍｎ、Ａｌから選ばれ
た一種または二種以上の元素であり、ＭはＴｉ、Ｚｒ、
Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗと希土類元素から選ばれた
一種または二種以上の元素であり、ＱはＯ、Ｎ、Ｃ、Ｂ
から選ばれた一種または二種以上の元素であり、ＸはＳ
ｉもしくはＣｒのうちの一種または二種の元素であり、
ＺはＡｕ、Ａｇと白金族の元素のうちの一種または二種
以上の元素であり、組成比を示すｃは、０．０５≦ｃ≦
０．５、ｙ、ｚ、ｗ、ｓはａｔ％で、３≦ｙ≦３０、７
≦ｚ≦４０、０≦ｗ≦２０、０≦ｓ≦２０の関係を満足
し、残部はｘと不可避不純物である。
【請求項４】前記組成比ｙとｚがａｔ％で５≦ｙ≦２
０、１０≦ｚ≦３０であることを特徴とする請求項３記
載の高周波用軟磁性合金。
【請求項５】前記元素ＴがＦｅであることを特徴とす
る請求項３記載の高周波用軟磁性合金。
【請求項６】前記高周波用軟磁性合金の結晶面内に一
軸磁気異方性を有し、その異方性磁界が１０Ｏｅ以上
であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載
の高周波用軟磁性合金。
【請求項７】比抵抗が２００μΩ・ｃｍ以上であるこ
とを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の高周波
用軟磁性合金。
【請求項８】比抵抗が４００μΩ・ｃｍ以上であるこ
とを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の高周波
用軟磁性合金。
【請求項９】前記高周波用軟磁性合金の共鳴周波数が
２ＧＨｚ以上であることを特徴とする請求項１〜８のい
ずれかに記載の高周波用軟磁性合金。
【請求項１０】前記高周波用軟磁性合金は、成膜直後
において非晶質相が全組織の３０％以上の面積を占めて
いることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の
高周波用軟磁性合金。
【請求項１１】請求項１〜１０のいずれかに記載の高
周波用軟磁性合金から磁心が構成されてなることを特徴
とする平面型磁気素子。
【請求項１２】請求項１〜１０のいずれかに記載の高
周波用軟磁性合金を要素として含むことを特徴とするア
ンテナ。
【請求項１３】請求項１〜１０のいずれかに記載の高
周波用軟磁性合金を要素として含むことを特徴とする電
波吸収体。