WO2007123160A1

WO2007123160A1 - 磁性材料およびアンテナデバイス

Info

Publication number: WO2007123160A1
Application number: PCT/JP2007/058457
Authority: WO
Inventors: Maki Yonetsu; Naoyuki Nakagawa; Seiichi Suenaga; Tomohiro Suetsuna; Shinya Sakurada
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2006-04-21
Filing date: 2007-04-18
Publication date: 2007-11-01
Anticipated expiration: 2008-10-21
Also published as: US20080166592A1; EP2012329A1; CN101449344B; JP2007311738A; CN101449344A; EP2012329A4; KR20080110634A; US7713641B2; KR101138147B1; JP4719109B2

Abstract

　磁性金属または磁性合金からなる柱状体の体積百分率が高くかつ透磁率実部（μ′）と透磁率虚部（μ″）の比（μ′／μ″）が大きい複合磁性膜を備えた磁性材料を提供する。　基板；およびこの基板上に形成され、長手方向が前記基板の表面に対して垂直方向に向いたＦｅ，ＣｏおよびＮｉの少なくとも１つから選ばれる磁性金属または磁性合金を含有する複数の柱状体と、前記柱状体の間に形成された金属の酸化物、窒化物、炭化物およびフッ化物から選ばれる少なくとも１つの無機絶縁体とを備え、前記基板表面に平行な表面内の最小異方性磁界Ｈｋ１と前記基板の表面と平行な表面の最大異方性磁界Ｈｋ２の比、Ｈｋ２／Ｈｋ１が１より大きい複合磁性膜；を具備した磁性材料。

Description

明細書

磁性材料およびアンテナデバイス

技術分野

[0001] 本発明は、磁性材料およびアンテナデバイスに関する。

背景技術

[0002] 現在の携帯通信端末で使用される電波の周波数帯域は、 100MHz以上の高周波領域である。このため、この高周波領域において有用な電子部品および基板に注目されている。また、携帯移動体通信、衛生通信においては、 GHz帯の高周波域の電波が使用されている。

[0003] このような高周波域の電波に対応するためには、電子部品においてエネルギー損失や伝送損失が小さいことが必要である。例えば、携帯通信端末に不可欠なアンテナデバイスでは、アンテナから発生される電波は伝送過程におヽて伝送損失が生じる。この伝送損失は、熱エネルギーとして電子部品および基板内で消費されて電子部品における発熱の原因となる。また、伝送損失は外部に送信すべき電波が打ち消される。このため、強力な電波を送信する必要があり、電力の有効利用を妨げる。さらに、極力低い電波での通信が望まれている。

[0004] 高透磁率の絶縁基板を使用する高周波デバイスは、発生する電磁波を基板に巻き込むことができるため、電磁波が通信機器内の電子部品やプリント基板へ到達を防止することができる。つまり省電力化が可能である。

[0005] 通常の高透磁率部材は、 Fe, Coを成分とする金属もしくは合金、その酸化物である。金属もしくは合金の高透磁率部材は、電波の周波数が高くなると渦電流による伝送損失が顕著になるため、基板としては使用することが困難になる。一方、フェライトに代表される酸ィ匕物の磁性体を基板として用いた場合、高抵抗であるため渦電流による伝送損失は抑えられる。し力しながら、共鳴周波数が数百 MHzであるため、高周波では共鳴による伝送損失が顕著になり使用が困難になる。このため、基板の材料として、高周波数の電波に対しても使用できる伝送損失を極力抑えた絶縁性の高透磁率部材が求められている。 [0006] このような高透磁率部材を作製する試みとして、スパッタ法などの薄膜技術を用いて高透磁率ナノダラ-ユラ一材料が作製されており、高周波域においても優れた特性を示すことが確認されている。し力しながら、ダラ-ユラ一構造では高抵抗を保ったまま磁性微粒子の体積百分率を向上させることが困難になる。

[0007] 一方、特開 2004— 95937には Fe、 Co、または Niの各々の純金属ないしはそれらを少なくとも 20重量％含有する合金からなる単磁区の柱状構造体が酸化物、窒化物またはフッ化物な!/ヽしはそれらの混合物である無機質の絶縁性母体中に埋め込まれた複合磁性材料が開示されて！、る。

発明の開示

[0008] 本発明は、磁性金属または磁性合金カゝらなる柱状体の体積百分率が高くかつ透磁率実部 ' ）と透磁率虚部グ）の比 ' Z ）が大きい複合磁性膜を備えた磁性材料、およびこの磁性材料を含むアンテナ基板を有するアンテナデバイスを提供することを目的とする。

[0009] 本発明の第 1態様によると、基板;および

前記基板上に形成され、長手方向が前記基板の表面に対して垂直方向に向いた Fe, Coおよび Niの少なくとも 1つカゝら選ばれる磁性金属または磁性合金を含有する複数の柱状体と、前記柱状体の間に形成された金属の酸化物、窒化物、炭化物およびフッ化物から選ばれる少なくとも 1つの無機絶縁体とを備え、前記基板表面に平行な表面内の最小異方性磁界 Hklと前記基板の表面と平行な表面の最大異方性磁界 Hk2の比、 Hk2/Hklが 1より大きい複合磁性膜；

を具備する磁性材料が提供される。

[0010] 本発明の第 2態様によると、基板;および

前記基板上に形成され、長手方向が前記基板の表面に対して垂直方向に向いた Fe, Coおよび Niの少なくとも 1つカゝら選ばれる磁性金属または磁性合金を含有する複数の柱状体と、前記柱状体の間に形成された金属の酸化物、窒化物、炭化物およびフッ化物から選ばれる少なくとも 1つの無機絶縁体とを備え、前記基板表面に平行な表面内の異方性磁界 Hklと、前記基板の表面に平行な表面内の前記異方性磁界 Hklに対して直角方向の異方性磁界 Hk2とを有し、前記 Hk2が 40Oe以上で、異方性磁界の比 Hk2ZHklが 3以上である複合磁性膜；

を具備する磁性材料が提供される。

[0011] 本発明の第 3態様によると、基板;および

前記基板上に形成され、長手方向が前記基板の表面に対して垂直方向に向いた Feもしくは Fe合金を含む複数の柱状体と、前記柱状体の間に形成された金属の酸化物、窒化物、炭化物およびフッ化物力選ばれる少なくとも 1つの無機絶縁体とを備え、表面の XRDによる回折結晶面（110)、（200)、（211)、（310)、（222)に起因するピーク強度全てを足した強度 I と回折結晶面（110)に起因するピーク強度 I total ( の比 I ZI が 0. 8以上の複合磁性膜であって、前記基板表面と垂直な結晶面

110) (110) total

が型面 { 110}面に配向した複合磁性膜；

を具備する磁性材料が提供される。

[0012] 本発明の第 4態様によると、基板;および

110) (110) total

が型面 { 110}面に配向した複数の柱状体の配向領域は直径 lOOnm以下の大きさを有し、これら配向領域が集合した直径 1 μ m以上の大きさの集合領域は結晶方位が等方的に分散した複合磁性膜；

を具備する磁性材料が提供される。

[0013] 本発明の第 5態様によると、基板;および

前記基板上に形成され、長手方向が前記基板の表面に対して垂直方向に向いた Fe, Coおよび Niの群力も選ばれる少なくとも 1つの磁性金属または磁性合金を含有する複数の柱状体と、前記柱状体の間に形成された金属の酸化物、窒化物、炭化物およびフッ化物力選ばれる少なくとも 1つの無機絶縁体とを備え、前記柱状体は、長手方向に垂直な断面のアスペクト比が 1. 2以上である柱状体が全ての柱状体に対して 30体積％以上占める複合磁性膜；

を具備する磁性材料が提供される。

[0014] 本発明の第 6態様によると、前記各磁性材料をそれぞれ含むアンテナ基板;および前記アンテナ基板の主面に直接配置されるか、または主面近接に配置されるアンテナ；

を備えるアンテナデバイスが提供される。

図面の簡単な説明

[0015] [図 1]図 1は、実施形態に係る磁性材料の部分切欠斜視図である。

[図 2]図 2は、実施形態に係る磁性材料の複合磁性膜における配向領域および集合領域での面方位を示す摸式図である。

[図 3]図 3は、実施形態に係るさらに別の磁性材料を示す断面図である。

[図 4]図 4は、実施形態に係る別の磁性材料を示す断面図である。

[図 5]図 5は、実施形態に係るさらに別の磁性材料を示す断面図である。

[図 6]図 6は、実施形態に係るアンテナデバイスを示す断面図である。

発明を実施するための最良の形態

[0016] 以下、本発明の実施形態に係る磁性材料を詳細に説明する。

[0017] 実施形態に係る磁性材料は、基板とこの基板上に形成された複合磁性膜を具備する。この複合磁性膜は、基板上に形成され、長手方向が基板表面に対して垂直方向に向いた、 Fe, Coおよび Niの少なくとも 1つ力も選ばれる磁性金属または磁性合金からなる複数の柱状体と、基板上に柱状体の間に位置するように形成された金属の酸化物、窒化物、炭化物およびフッ化物カゝら選ばれる少なくとも 1つの無機絶縁体とを備える。複合磁性膜は、基板の表面と平行な方向（面内方向）に磁気異方性を有する。

[0018] 実施形態に係る磁性材料は、具体的には例えば図 1に示す構造を有する。磁性材料は基板 1を備えている。複合磁性膜 2は、基板 1上に形成されている。この複合磁性膜 2は、基板 1上に形成され、長手方向が基板 1表面に対して垂直方向に向いた柱状体 3を備える。この柱状体 3は、 Fe, Coおよび Niの少なくとも 1つ力選ばれる磁性金属または磁性合金を含有する。図 1には、柱状体 3の長手方向に対して垂直な断面が楕円形状を有する楕円柱体を例示する。複数の柱状 3体の間には、金属の酸化物、窒化物、炭化物およびフッ化物カゝら選ばれる少なくとも 1つの無機絶縁体 4 が形成されている。複合磁性膜 2は、基板 1の表面と平行な表面内に磁気異方性を有する。

[0019] 基板は、例えばポリイミドのようなプラスチック、または酸化ケィ素、アルミナ、 MgO, Si,ガラスのような無機材料力も作られる。

[0020] 以下に実施形態に係る磁性材料を構成する各部材につ!/ヽて詳述する。

[0021] 1.柱状体の構成

実施形態に記載の柱状体は、楕円柱体の他に、円柱体、四角柱体、六角柱体、八角柱体のような角柱体などの形態をとることができる。

[0022] 柱状体は、隣り合う柱状体間の距離、つまり柱状体間の無機絶縁体の厚さが約 In m以上 3nm以下であることが好ましい。柱状体間の無機絶縁体の厚さが 3nmを超えると、複合磁性膜の抵抗率が高くなるものの、柱状体の体積百分率 (以下、 Vfと称す )が下がって磁気特性が低下する虞がある。

[0023] 柱状体は、例えば磁性金属もしくは磁性合金の単結晶、または磁性金属粒子もしくは磁性合金粒子の集合物から作られる。柱状体は単結晶であることが好まし、。

[0024] 柱状体が磁性金属粒子もしくは磁性合金粒子の集合物から構成される場合、集合物を構成する磁性金属粒子もしくは磁性合金粒子は、 lnm以上、 50nm以下の平均粒径を有することが好ましい。粒径が 50nmを超えると、高周波領域で渦電流損が大きくなり、磁気特性が低下する虞がある。また、粒径が 50nmを超えると、高周波磁気特性を保持することが困難となる。詳述すると、磁性金属粒子もしくは磁性合金粒子の粒径と関連する単磁区構造および多磁区構造において、単磁区構造よりも多磁区構造をとつた方がエネルギー的に安定である。このため、多磁区構造の透磁率の高周波特性は単磁区構造の透磁率の高周波特性よりも低下する。磁性金属粒子もしくは磁性合金粒子の集合物から構成される柱状体にぉヽて、単磁区構造を保つそれら粒子の粒径限界は、 50nm程度以下であるため、磁性金属粒子もしくは磁性合金粒子の平均粒径は 50nm以下の範囲におさめることが好ましい。

[0025] 柱状体は、その長手方向が基板表面に対し垂直方向に揃っていることが好ましい。ただし、柱状体の一部においてその垂直方向の垂線に対する角度が ± 30° 、好ましくは ± 10° に傾斜することを許容する。柱状体が磁性金属粒子もしくは磁性合金粒子の集合物から構成される場合、粒子が連なって形成する粒子群の長手方向は基板表面に対し垂直方向の垂線とのなす角度を 30° 以内、好ましくは 10° 以内にすることが望ましい。

[0026] 柱状体の材料は、 Fe, Coおよび Niの群力選ばれる少なくとも 1つの磁性金属または磁性合金カゝら作られ、用途に応じて選択される。中でも柱状体は FeCo合金から作られることが好ましい。例えば、飽和磁化の大きい磁性材料を得る場合には、 Fe— 30原子％Coの柱状体が用いられる。磁歪ゼロの磁性材料を得る場合には、 Fe-8 0原子％Coの柱状体が用いられる。磁性合金には、 B, Nのような添加元素を含むことを許容する。

[0027] 2.絶縁体の構成

無機絶縁体は、室温で 1 X 10² Ω ' cm以上の絶縁抵抗を有することが好ましい。

[0028] このような無機絶縁体は、例えば Mg, Al, Si, Ca, Cr, Ti, Zr, Ba, Sr, Zn, Mn, Hf、および希土類元素 (Yを含む)から選ばれる金属の酸ィ匕物、窒化物、炭化物およびフッ化物の群力も選ばれる少なくとも 1つを含有する。特に、無機絶縁体はシリコン酸化物から作られることが好まヽ。

[0029] 無機絶縁体は、 Fe, Co, Niのいずれかの磁性金属元素を 30原子％以下含むことが好ましい。磁性金属元素の量が 30原子％を超えると、無機絶縁体の電気抵抗率が低下し、複合磁性膜全体の磁気特性が低下する虞がある。

[0030] 3.複合磁性膜の異方性

複合磁性膜の磁気異方性は、典型的には単位柱状体同士が基板表面に平行な面内において強く磁気的に結合している構造と、単位柱状体構造が基板表面に平行な面内において形状異方性を有する構造とが挙げられる。形状異方性は、例えば結晶配向と柱状体の異方性がある。

[0031] 複合磁性膜の磁気異方性のより具体的な例を以下の（1)〜 (4)に列挙する。

[0032] (1)複合磁性膜は、基板表面と平行な表面の異方性磁界 Hkl、基板の表面と平行で異方性磁界 Hklに対して直角方向の異方性磁界 Hk2を有し、これらの異方性磁界の比 (Hk2ZHkl)が 1以上である磁気異方性を持つ。これらの異方性磁界 Hkl、 Hk2を図 1に示す。

[0033] ここで、 Hkは複合磁性膜の表面内に磁場を印力!]した際の、磁化曲線の第一象限（磁ィ匕〉 0、印加磁場〉 0)において、印加磁場に対する磁ィ匕の変化量が最も大きい磁場下での接線（ほぼ磁化が 0になる時の接線）と最も変化量が小さい磁場下での接線 (磁ィ匕が完全に飽和する時の接線）との交点における磁場である。

[0034] Hk2は、 40Oe以上、 IkOe以下であることがより好ましい。また、 Hk2ZHklは、 3 以上、 10以下であることがより好ましい。このような Hk2、 Hk2ZHklを規定することによって、実効的な透磁率を大きくしつつ適度な磁気異方性を付与させ、透磁率を高周波化させることが可能となる。

[0035] このような磁気異方性は、例えばその膜表面において、複数の柱状体の配列における異方性磁界 Hklに対応する方向の柱状体の間隔を広ぐ異方性磁界 Hk2に対応する方向の柱状体の間隔を狭くすることにより実現することが可能である。

[0036] また、磁気異方性は無機絶縁体中の磁性元素量の変化により付与することができる。例えば、複合磁性膜の膜面での異方性磁界 Hklに対応する方向と異方性磁界 Hk2に対応する方向の柱状体間で無機絶縁体中の磁性元素量を、前者に比べて後者を多くすることにより実現可能である。

[0037] 複合磁性膜は、その表面の XRD (X線回折パターン)での回折結晶面（110)、 (20 0)、 (211)、 (310)、 (222)に起因するピーク強度全てを足した強度 I と回折結晶 total 面（110)に起因するピーク強度 I の比 I ZI が 0. 8以上、より好ましくは 0. 9以

(110) (110) total

上であることが望ましい。すなわち、基板に対して垂直な結晶方位が型方向 { 110}に配向されて、ることが好まし、。

[0038] ただし、複合磁性膜の柱状体は基板表面と平行な面内において、形状的および結晶学的に等方であることを許容する。

[0039] (2)複合磁性膜は、基板表面に対して垂直な表面が、その表面の XRDでの回折結晶面（110)、（200)、（211)、（310)、（222)に起因するピーク強度全てを足した強度 I と回折結晶面（110)に起因するピーク強度 I の比 I ZI が 0. 8以上で total (110) (110) total あり、基板表面と垂直面が型面 { 110}に配向した柱状体を有する。ピーク強度比 I /\ が 0. 9以上であることがより好ましい。

total

[0040] また、複合磁性膜は基板と平行な表面および柱状体の短軸と垂直な結晶面が型面

{ 110}に配向した複数の柱状体の配向領域は直径 lOOnm以下の大きさ、これら配向領域が集合された集合領域は直径 1 IX m以上の大きさで、この結晶面が揃った集合領域内で結晶方位が等方的に分散した構成を有する。

[0041] この様子を図 2に具体的に示す。なお、図 2の（a)は、磁性材料を示す模式図、図 2 の（b)は同図（a)の矢印 Bで示す配向領域の柱状体の配向性を示す模式図、図 2の (c)は同図（a)の矢印 Cで示す配向領域の柱状体の配向性を示す模式図である。すなわち、図 2の (a)に示すように基板 1上に複合磁性膜 2が形成されている。この複合磁性膜 2は、基板と平行な表面および柱状体の短軸と垂直な結晶面が型面 { 110}に配向した複数の柱状体 3を有する配向領域 11を有し、これらの配向領域 11が集合されて集合領域 12を構成している。集合領域 12は、直径 1 μ m以上の大きさを有し、この集合領域 12内の複数の配向領域 11は直径 lOOnm以下の大きさを有する。このような結晶面が揃った集合領域 12内の任意の配向領域 11の配向方向は図 2の（b) 、 (c)に示すように異なる方向に向いて、集合領域 12内で結晶方位が等方的に分散している。 { 110}面の配向は、例えば電子線回折パターンにより測定することができる。

[0042] 複合磁性膜の形態は、試料膜面から垂直方向に電子線を入射し、直径 lOOnm以下、例えば直径 50nmまたは 1 μ mの視野で電子線回折パターンを測定することにより確認可能である。この場合、直径 50nmの視野では { 110}型面のスポットの輝度を強度とし、その半値幅が ± 15° の角度、好ましくは ± 10° 以内で配向することを許容する。エッジから 100 m以上離れた膜中央部の任意の 6〜： LO点を測定して、測定部位の 50%以上で、半値幅が ± 15° 以内に入るパターンが存在すればよい。同試料面内で電子ビーム径 1 μ mの電子線回折パターンはリング状となり、面内は結晶学的に等方である。ここで、リング状の電子線回折パターンはそのリング内で強度分布があってもよぐ連続的でありさえすればよい。この試料は基板と平行な面内で磁気的異方性を良好に維持することができる。

[0043] (3)複合磁性膜は、基板表面に対して垂直な表面が、その表面の XRDでの回折結晶面（110)、（200)、（211)、（310)、（222)に起因するピーク強度全てを足したもの I と回折面（110)に起因するピーク強度 I の比 I ZI が 0. 8以上の複合磁 total (110) (110) total

性膜であって、基板表面と垂直な結晶面が型面 { 110}に配向した柱状体を有する。ピーク強度比 I ZI が 0. 9以上であることがより好ましい。

(110) total

[0044] また、複合磁性膜は柱状体がその長手方向と垂直な断面内に長軸と短軸を有し、基板と平行な表面と短軸と垂直な結晶面が型面 { 110}に配向していることがより好ましい。この様子を図 3に示す。 { 110}面の配向は、例えば電子線回折パターンにより柳』定することができる。

[0045] 複合磁性膜の配向は、試料膜面から垂直方向に電子線を入射し、直径 1 μ mの視野で電子線回折パターンを測定することにより確認可能である。この場合、 { 110}型面のスポットの輝度を強度とし、その半値幅が ± 15° の角度で、好ましくは ± 10° 以内で配向することを許容する。この際、この様な箇所が膜面内全体に分布していることが好ましいが、直径が 1 μ mの電子ビーム径で、エッジから 100 μ m以上離れた膜中央部の任意の 6〜： L0点を測定して、測定部位の 50%以上で、半値幅が ± 15° 以内に入るパターンが存在すればよい。この範囲内では、基板と平行な面内で磁気的異方性を良好に維持することができる。

[0046] (4)複合磁性膜は、 Fe, Coおよび Niの群力も選ばれる少なくとも 1つの磁性金属粒子または磁性合金粒子が集合された柱状体を備え、その柱状体のその長手方向に垂直な面内における断面形状が 1. 2以上のアスペクト比を有し、このアスペクト比を有する柱状体が全ての柱状体に対して 30体積％以上占める。

[0047] このようなアスペクト比を有する柱状体は、例えば楕円柱体である。アスペクト比は、楕円柱体の長手方向に垂直な断面において、最も長さが大きくなる軸 (長軸）と、長軸と直交し最も長さが短くなる軸 (短軸)の比で表わされる。

[0048] 短軸の長さは、 50nm以下，長軸の長さは特に限定されないが 60nm以上、 1 m 以下を有することが好ま、。

[0049] 柱状体が粒子の集合体である場合には、粒子のアスペクト比は 5以上であることが好ましい。このアスペクト比を有する粒子の全粒子に占める割合は、 50体積％以上であることがより好ましい。粒子の基板に平行な面内のアスペクト比を大きくすると、磁性粒子の充填率を大きくすることができ、それによつて複合磁性部材の体積あたり、重量あたりの飽和磁ィ匕を大きくすることができる。また、形状による異方性を付与することができ、透磁率の高周波化が可能となる。

[0050] (1)から (4)において、基板表面と平行な表面内の磁気異方性を有する複合磁性膜において、表面内の電気的抵抗率に異方性を有することがより好ましい。具体的には、基板表面と平行な面内において最大抵抗率 (R1)と最小抵抗率 (R2)との比率 (R1ZR2)が 1. 2以上である。より好ましい R1ZR2は、 2以上、さらに好ましくは 5 以上である。

[0051] (1)から (4)において、複合磁性膜には複数の柱状体が 70%以上、より好ましくは 80%以上の体積百分率で存在することが磁気特性をより向上する観点力望ましい。ただし、複数の柱状体の体積百分率が高くなり過ぎると、電気抵抗が低下して特性劣化を招く虞がある。このため、複合磁性膜中に占める柱状体の体積百分率の上限は 95%にすることが好ましい。

[0052] さらに、基板上に形成され、長手方向が基板の表面に対して垂直方向に向いた Fe および Coからなる磁性合金で構成された柱状体と、柱状体の間に形成されたケィ素および酸素の酸ィ匕物力もなる無機絶縁体とを備えた複合磁性膜において、 Fe— Co 磁性合金とケィ素との組成モル比が 90 : 10から 95 : 5であることがより好ましい。ここで、ケィ素が酸素と完全に 1対 2のモル割合で存在している場合には、（モル割合） X

[ (分子量) Z (密度) ]により、体積比を算出できる。

[0053] 4.薄膜層

以上述べたような磁性材料にぉ、て、複合磁性膜とは異なる材料を含有する薄膜層が基板と複合磁性膜の間、複合磁性膜表面、または界面と複合磁性膜表面の両方に形成することを許容する。このような磁性材料は、例えば図 4に示すように基板 1 と複合磁性膜 2の間に薄膜層 5が介在された構造を有する。

[0054] このような薄膜層上に複合磁性膜を成膜する場合、複合磁性膜の柱状体と無機絶縁体との組織制御を容易にし、さらに得られた磁性材料の磁気特性をより高くすることが可能になる。ここで、複合磁性膜の柱状体と無機絶縁体との組織制御とは例えば柱状体の粒子径等の組織の最適化、また結晶配向度等の結晶構造の最適化を意味する。複合磁性膜の構成元素と薄膜層の構成元素との組合せを最適化することにより、柱状体の配向度を高くできるのみでならず、無機絶縁効果を向上でき、さらに複合磁性膜の面内の磁気異方性をより高くすることが可能となる。

[0055] 薄膜層は、基板と複合磁性膜の界面、または複合磁性膜表面に形成することにより、表面、界面における磁気構造の乱れを低減し、磁気特性がより向上された磁性材料を得ることが可能になる。

[0056] 薄膜層は、 Ni, Fe, Cu, Ta, Cr, Co, Zr, Nb, Ru, Ti, Hf, W, Auもしくはその合金のような金属、またはアルミナ、シリカのような酸ィ匕物から作られることが好ましい

[0057] 薄膜層は、 50nm以下、より好ましくは lOnm以下の厚さを有することが望ましい。この薄膜層が 50nmを超えると、体積当たりの磁化が減少し、磁性材料の磁気特性が低下する虞がある。

[0058] 5.複合磁性膜の積層構造

実施形態に係る磁性材料において、基板上に複合磁性膜を 2層以上積層させ、これら複合磁性膜の間に絶縁体層を介在させることを許容する。このような磁性材料は、例えば図 5に示すように基板 1上に複合磁性膜 2が 2層以上積層され、これらの複合磁性膜 2の間に絶縁体層 6が形成された構造を有する。なお、図 5においても、反磁界の影響を減らすため、基板 1と複合磁性膜 2の界面に前述したように薄膜層 5を介在させてもよい。

[0059] このように 2層以上の複合磁性膜の間に絶縁体層を介在させる、つまり厚さ方向の複合磁性膜を絶縁体層で分離して厚膜ィ匕することによって、複合磁性膜に絶縁体層を介在せずに一層で厚膜にした場合に生じる反磁界の影響を低減し、複合磁性膜全体の磁気特性の向上を図ることが可能になる。また、基板上に複合磁性膜を所望の工程で厚膜にして形成する際に起きる可能性がある膜厚方向への構造の乱れを回避することが可能になる。

[0060] 絶縁体層は、例えば Mg, Al, Si, Ca, Cr, Ti, Zr, Ba, Sr, Zn, Mn, Hf、および希土類元素 (Yを含む)から選ばれる金属の酸化物、窒化物、炭化物およびフッ化物の群力も選ばれる少なくとも 1つ力も作られることが好ましい。特に、絶縁体層は複合磁性膜を構成する無機絶縁体と同種の材料を選択することが好ましい。

[0061] 絶縁体層は、 1 μ m以下、より好ましくは 500nm以下、さらに好ましくは lOOnm以下の厚さを有することが好ましい。絶縁体層の厚さが: L mを超えると、結果的に複合磁性膜中の磁性体の体積率が小さくなり特性が低下する虞がある。複合磁性膜間の磁気的カップリングを断っために、絶縁体層の下限厚さを lOnmにすることが好ましい。

[0062] 実施形態に係る磁性材料は、例えば基板上に複合磁性膜をスパッタリング法、電子ビーム蒸着法等で成膜することにより製造することができる。この成膜時において、基板を回転させることにより基板上に形成された複合磁性膜に基板表面と平行な面内における磁気異方性をより効果的に付与することが可能になる。

[0063] 6.アンテナ構造

実施形態に係るアンテナデバイスは、前述した磁性材料を含むアンテナ基板と、このアンテナ基板に配置されたアンテナとを備える構造を有する。アンテナをアンテナ基板に直接配置する場合には、アンテナを磁性材料の基板側に配置することが好ましい。この形態において、基板が厚い場合には薄く研磨加工することを許容する。ァンテナをアンテナ基板の主面近傍に配置する場合、アンテナ基板の主面に外装絶縁層またはスぺーサのような絶縁部材を配置し、アンテナをこの絶縁部材を介してァンテナ基板の主面に配置する。

[0064] 具体的なアンテナデバイスを図 6を参照して説明する。アンテナ基板 11は、基板 1 上に 2層以上 (好ましくは 5層以上)の複合磁性膜 2を形成し、これらの複合磁性膜 2 の間に絶縁体層 6を備える磁性材料力も構成されている。絶縁層 12は、アンテナ基板 11の最上層の複合磁性膜 2上に形成されている。絶縁層 12は、例えばポリスチレン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート（PET)、エポキシ榭脂等の榭脂、 Al O

2 3

, MgO, ZnO等のセラミック力も作ることができる。アンテナ 13は、絶縁層 12上に形成されている。

[0065] 以下、本発明の実施例を詳細に説明する。

[0066] (実施例 1〜5)

対向型のマグネトロンスパッタ成膜装置を用いた。ターゲットは、 _Fe、 Co、 Niの少なくとも一つを含有する磁性金属と SiO、 Al Oの無機酸ィ匕物とからなり、無機酸化物

2 2 3

力 S40体積％以下となる組成のものを用いた。チャンバ内に公転型のホルダを配置し、 1公転で 1回ターゲット上を矩形状の基板が通過するようにした。チャンバ内のホルダ上に下記表 1に示す材料の基板を固定し、基板を 5rpmの速度で公転させながら、チャンバ内を Ar雰囲気中、 5 X 10—³torrの圧力下でターゲットからのスパッタ粒子を基板表面に堆積して厚さ 0. 5 μ mの複合磁性膜を成膜することにより 4種の磁性材料を製造した。この成膜レートは、 0. InmZmin以上とした。

[0067] (実施例 6)

2 2 3

力 S40体積％以下となる組成のものを用いた。チャンバ内に公転型のホルダを配置し、 1公転で 1回ターゲット上を矩形状の基板が通過するようにした。チャンバ内のホルダ上に下記表 1に示す材料の基板を固定し、基板を lOrpmの速度で公転させながら、チャンバ内を Ar雰囲気中、 5 X 10— ³torrの圧力下でターゲットからのスパッタ粒子を基板表面に堆積して厚さ 0. 5 μ mの複合磁性膜を成膜することにより磁性材料を製造した。この成膜レートは、 0. lnm/min以上とした。

[0068] (比較例 1)

対向型のマグネトロンスパッタ成膜装置を用いた。ターゲットは、 _Fe、 Coを含有する磁性金属と Al Oの無機酸ィ匕物とからなり、無機酸ィ匕物が 40体積％以下となる組成

2 3

のものを用いた。チャンバ内に公転型のホルダを配置した。チャンバ内のホルダ上に下記表 1に示す材料の基板を固定し、矩形状の基板を 5rpm以上の速度で公転させながら、チャンバ内を Ar雰囲気中、 5 X 10—³torrの圧力下でターゲットからのスパッタ粒子を基板表面に堆積して厚さ 0. 5 μ mの複合磁性膜を成膜することにより磁性材料を製造した。この成膜レートは、 0. InmZmin以上とした。

[0069] (実施例 7)

対向型のマグネトロンスパッタ成膜装置を用いた。ターゲットは、 _Fe、 Coからなる磁性金属と Al Oの無機酸ィ匕物とからなり、無機酸ィ匕物が 40体積％以下となる組成のも

2 3

のを用いた。チャンバ内に回転可能なホルダを配置すると共に、ターゲットをホルダと対向するようにターゲットを配置した。チャンバ内のホルダ上に予め 0. Ol ^ mOCu 層を薄膜層として成膜した下記表 1に示す材料力なる矩形状の基板を固定し、基板を 5rpm以上の速度で回転させながら、チャンバ内を Ar雰囲気中、 5 X 10— ³torrの圧力下でターゲットからのスパッタ粒子を基板表面に堆積して厚さ 0. 5 μ mの複合磁性膜を成膜した。この成膜レートは、 0. InmZmin以上とした。この後、さら〖こ 1 X 10 6 torrの減圧下、 300°Cで熱処理をすることにより磁性材料を製造した。

[0070] 得られた実施例 1〜7および比較例 1の磁性材料について、以下の方法で解析した

[0071] 1)複合磁性膜の組織

実施例 1〜7の複合磁性膜は、透過型電子顕微鏡 (TEM)による観察により、以下の特徴を有することを確認した。すなわち、平均径 3〜： LOnmの複数の円柱体および楕円柱体が基板上にその長手方向が概ね基板表面に垂直になるように混在され、かつ約 l〜3nmの距離の柱状体間には無機酸ィ匕物が存在していた。

[0072] これに対し、比較例 1の複合磁性膜は、 TEMにより平均径 5〜20nmの複数の円柱体および楕円柱体が基板上にその長手方向が概ね基板表面に垂直になるように混在され、かつ約 5〜20nmの距離の各柱状体間の基板上に無機酸ィ匕物が存在する形態を有することを確認した。

[0073] 2)磁性金属からなる柱状体の組成および無機絶縁体の複合磁性膜に占める体積百分率は、分析電顕装備の走査型電子顕微鏡 (SEM— EDX)を用いて、複合磁性膜の基板表面力も膜の深さ方向に、 10 m X 10 mの正方形部分を元素面分析することで測定した。この際、電子線の加速電圧は 15kVで、電子線は厚さ 0.

の膜を基板まで透過して、た。その分析結果を元に柱状体の組成および無機絶縁体の複合磁性膜に占める体積百分率を算出した。

[0074] 3)複合磁性膜の基板表面に平行な面内における異方性磁界 Hklと同じ面内における Hklに直角な異方性磁界 Hk2の比および Hk2の磁場強度振動試料型磁力計（ VSM)を用いて、複合磁性膜の正方形面内において、直交する二軸における異方性磁界 Hkl, Hk2をそれぞれ測定することにより算出した。また、大きい異方性磁界 Hk2の磁場強度 (Oe)を測定した。 [0075] 4)複合磁性膜の基板表面に平行な面内の抵抗率の比

4端子法を用いて、複合磁性膜の正方形面内（基板と平行な面内）の直交する二軸における最大抵抗率 (R1)と最小抵抗率 (R2)とをそれぞれ測定することにより比率 R 1ZR2を算出した。

[0076] 5)柱状体の配向度

X線回折法により複合磁性膜表面の全ての回折ピーク強度 I およびその表面の total

結晶方位（110)の回折ピーク強度 I の比 I Zi を算出した。

(110) (110) total

[0077] 6)柱状体の面内配向度

透過型電子顕微鏡の電子線回折法により測定する。測定する際の電子線のビーム径は 50nm条件で、エッジから 100 m以上離れた膜中央部の任意の 6〜10点を測定して、測定部位の 50%以上で、半値幅が ± 15° 以内に入るパターンの存在する割合を算出した。

[0078] 7)複合磁性膜における 1GHzでの透磁率実部 ' ）および透磁率実部と透磁率虚部〃）の比 ' / )

μ ' ヒ μ " は、凌和電子製の超高周波透磁率測定装置 ΡΜΜ— 9G1を使い、 1M Hzから 9GHzの範囲で、面内困難軸方向に励磁して測定を行った。具体的には、試料容易軸方向に 2kOeの直流磁場を印加した時 (バックグラウンド測定に相当）と印カロしな、時とのそれぞれの状態にぉ、て、面内困難軸方向に励磁して測定を行、、両者の誘起電圧、インピーダンス測定値力透磁率を評価した。

[0079] 実施例 1〜7および比較例 1に関する 2)〜6)の項目の評価結果を下記表 1に示す

[表 1]

表 1から明らかなように実施例 1 7の磁性材料を構成する複合磁性膜は、磁性金属の体積百分率 (Vf)が比較例 1に比べて高ぐかつ 1GHzにおける透磁率実部と透磁率虚部の比 ' / μ " )も比較例 1に比べて高ぐ優れた磁気特性を有することがわカゝる。

Claims

請求の範囲

[1] 基板;および

前記基板上に形成され、長手方向が前記基板の表面に対して垂直方向に向いた

Fe, Coおよび Niの少なくとも 1つカゝら選ばれる磁性金属または磁性合金を含有する複数の柱状体と、前記柱状体の間に形成された金属の酸化物、窒化物、炭化物およびフッ化物から選ばれる少なくとも 1つの無機絶縁体とを備え、前記基板表面に平行な表面内の最小異方性磁界 Hklと前記基板の表面と平行な表面の最大異方性磁界 Hk2の比、 Hk2/Hklが 1より大きい複合磁性膜；

を具備する磁性材料。

[2] 前記磁性金属または磁性合金は bcc構造を有する Feもしくは Fe合金であり、前記複合磁性膜は、表面の XRDによる回折結晶面（110)、（200)、（211)、（310)、 (2 22)に起因するピーク強度全てを足した強度 I と回折結晶面（110)に起因するピ total

ーク強度 I の比 I ZI が 0. 8以上である請求項 1記載の磁性材料。

(110) (110) total

[3] 前記柱状体は、長手方向に垂直な断面内に長軸と短軸を有し、前記基板の表面と平行な表面と、前記短軸と垂直な結晶面が型面 { 110}面に配向している請求項 1記載の磁性材料。

[4] 前記柱状体は、長手方向に垂直な断面のアスペクト比が 1. 2以上である柱状体が全ての柱状体に対して 30体積％以上占める請求項 1記載の磁性材料。

[5] 前記複合磁性膜は、前記基板表面と平行な表面内では結晶方位が面内に等方的に分散されてヽる請求項 1記載の磁性材料。

[6] 前記複合磁性膜は、前記基板の表面と平行な表面の結晶面が型面 { 110}面に配向して、る請求項 1記載の磁性材料。

[7] 前記複合磁性膜は、前記基板の表面と平行な表面内において電気的抵抗率に異方性を有し、その最大抵抗率 R1と最小抵抗率 R2との比率 R2ZR1が、 1. 2以上である請求項 1記載の磁性材料。

[8] 前記複合磁性膜には、前記複数の柱状体が 70%以上の体積百分率で存在する請求項 1記載の磁性材料。

[9] 前記複合磁性膜は、前記基板上に 2層以上形成され、 Ni, Fe, Cu、 Ta、 Cr、 Co、 Zr、 Ru、 Ti、 Hf、 W、 Auの中力選ばれる金属、前記金属を含む合金、酸化アルミユウム、あるいは酸化ケィ素を含む薄膜層は前記基板と前記複合磁性膜の間に形成され、かつ絶縁体層は前記複合磁性膜間に形成される請求項 1記載の磁性材料。

[10] 基板;および

を具備する磁性材料。

[11] 前記磁性金属または磁性合金は bcc構造を有する Feもしくは Fe合金であり、前記複合磁性膜は、表面の XRDによる回折結晶面（110)、（200)、（211)、（310)、 (2 22)に起因するピーク強度全てを足した強度 I と回折結晶面（110)に起因するピ total

ーク強度 I の比 I ZI が 0. 8以上である請求項 10記載の磁性材料。

(110) (110) total

[12] 前記柱状体は、長手方向に垂直な断面内に長軸と短軸を有し、前記基板の表面と平行な表面と、前記短軸と垂直な結晶面が型面 { 110}面に配向している請求項 10 記載の磁性材料。

[13] 前記柱状体は、長手方向に垂直な断面のアスペクト比が 1. 2以上である柱状体が全ての柱状体に対して 30体積％以上占める請求項 10記載の磁性材料。

[14] 前記複合磁性膜は、前記基板表面と平行な表面内では結晶方位が面内に等方的に分散されてヽる請求項 10記載の磁性材料。

[15] 前記複合磁性膜は、前記基板の表面と平行な表面の結晶面が型面 { 110}面に配向して、る請求項 10記載の磁性材料。

[16] 前記複合磁性膜は、前記基板の表面と平行な表面内において電気的抵抗率に異方性を有し、その最大抵抗率 R1と最小抵抗率 R2との比率 R2ZR1が、 1. 2以上である請求項 10記載の磁性材料。 [17] 前記複合磁性膜には、前記複数の柱状体が 70%以上の体積百分率で存在する請求項 10記載の磁性材料。

[18] 前記複合磁性膜は、前記基板上に 2層以上形成され、 Ni, Fe, Cu、 Ta、 Cr、 Co、 Zr、 Ru、 Ti、 Hf、 W、 Auの中力選ばれる金属、前記金属を含む合金、酸化アルミユウム、あるいは酸化ケィ素を含む薄膜層は前記基板と前記複合磁性膜の間に形成され、かつ絶縁体層は前記複合磁性膜間に形成される請求項 10記載の磁性材料。

[19] 基板;および

前記基板上に形成され、長手方向が前記基板の表面に対して垂直方向に向いた Feもしくは Fe合金を含む複数の柱状体と、前記柱状体の間に形成された金属の酸化物、窒化物、炭化物およびフッ化物力選ばれる少なくとも 1つの無機絶縁体とを備え、表面の XRDによる回折結晶面（110)、（200)、（211)、（310)、（222)に起因するピーク強度全てを足した強度 I と回折結晶面（110)に起因するピーク強度 I

total ( の比 I ZI が 0. 8以上の複合膜であって、前記基板表面と垂直な結晶面が型

110) (110) total

面 { 110}面に配向した複合磁性膜；

を具備する磁性材料。

[20] 前記柱状体は、長手方向に垂直な断面内に長軸と短軸を有し、前記基板の表面と平行な表面と、前記短軸と垂直な結晶面が型面 { 110}面に配向している請求項 19 記載の磁性材料。

[21] 前記柱状体は、長手方向に垂直な断面のアスペクト比が 1. 2以上である柱状体が全ての柱状体に対して 30体積％以上占める請求項 19記載の磁性材料。

[22] 前記複合磁性膜は、前記基板の表面と平行な表面内において電気的抵抗率に異方性を有し、その最大抵抗率 R1と最小抵抗率 R2との比率 R2ZR1が、 1. 2以上である請求項 19記載の磁性材料。

[23] 前記複合磁性膜には、前記複数の柱状体が 70%以上の体積百分率で存在する請求項 19記載の磁性材料。

[24] 前記複合磁性膜は、前記基板上に 2層以上形成され、 Ni, Fe, Cu、 Ta、 Cr、 Co、 Zr、 Ru、 Ti、 Hf、 W、 Auの中力選ばれる金属、前記金属を含む合金、酸化アルミユウム、あるいは酸化ケィ素を含む薄膜層は前記基板と前記複合磁性膜の間に形成され、かつ絶縁体層は前記複合磁性膜間に形成される請求項 19記載の磁性材料。

[25] 基板;および

前記基板上に形成され、長手方向が前記基板の表面に対して垂直方向に向いた Feもしくは Fe合金を含む複数の柱状体と、前記柱状体の間に形成された金属の酸化物、窒化物、炭化物およびフッ化物力選ばれる少なくとも 1つの無機絶縁体とを備え、表面の XRDによる回折結晶面（110)、（200)、（211)、（310)、（222)に起因するピーク強度全てを足した強度 I と回折結晶面（110)に起因するピーク強度 I total ( の比 I ZI が 0. 8以上の複合膜であって、前記基板表面と垂直な結晶面が型

110) (110) total

面 { 110}面に配向した複数の柱状体の配向領域は直径 lOOnm以下の大きさを有し、前記配向領域が集合した直径 1 μ m以上の大きさの集合領域は結晶方位が等方的に分散した複合磁性膜；

を具備する磁性材料。

[26] 前記柱状体は、長手方向に垂直な断面内に長軸と短軸を有し、前記基板の表面と平行な表面と、前記短軸と垂直な結晶面が型面 { 110}面に配向している請求項 25 記載の磁性材料。

[27] 前記柱状体は、長手方向に垂直な断面のアスペクト比が 1. 2以上である柱状体が全ての柱状体に対して 30体積％以上占める請求項 25記載の磁性材料。

[28] 前記複合磁性膜は、前記基板の表面と平行な表面内において電気的抵抗率に異方性を有し、その最大抵抗率 R1と最小抵抗率 R2との比率 R2ZR1が、 1. 2以上である請求項 25記載の磁性材料。

[29] 前記複合磁性膜には、前記複数の柱状体が 70%以上の体積百分率で存在する請求項 25記載の磁性材料。

[30] 前記複合磁性膜は、前記基板上に 2層以上形成され、 Ni, Fe, Cu、 Ta、 Cr、 Co、 Zr、 Ru、 Ti、 Hf、 W、 Auの中力選ばれる金属、前記金属を含む合金、酸化アルミユウム、あるいは酸化ケィ素を含む薄膜層は前記基板と前記複合磁性膜の間に形成され、かつ絶縁体層は前記複合磁性膜間に形成される請求項 25記載の磁性材料。

[31] 基板;および

前記基板上に形成され、長手方向が前記基板の表面に対して垂直方向に向！ヽた Fe , Coおよび Niの群力も選ばれる少なくとも 1つの磁性金属または磁性合金を含有する複数の柱状体と、前記柱状体の間に形成された金属の酸化物、窒化物、炭化物およびフッ化物力選ばれる少なくとも 1つの無機絶縁体とを備え、前記柱状体は、長手方向に垂直な断面のアスペクト比が 1. 2以上である柱状体が全ての柱状体に対して 30体積％以上占める複合磁性膜；

を具備する磁性材料。

[32] 前記複合磁性膜は、前記基板の表面と平行な表面内において電気的抵抗率に異方性を有し、その最大抵抗率 R1と最小抵抗率 R2との比率 R2ZR1が、 1. 2以上である請求項 31記載の磁性材料。

[33] 前記複合磁性膜には、前記複数の柱状体が 70%以上の体積百分率で存在する請求項 31記載の磁性材料。

[34] 前記複合磁性膜は、前記基板上に 2層以上形成され、 Ni, Fe, Cu、 Ta、 Cr、 Co、 Zr、 Ru、 Ti、 Hf、 W、 Auの中力選ばれる金属、前記金属を含む合金、酸化アルミユウム、あるいは酸化ケィ素を含む薄膜層は前記基板と前記複合磁性膜の間に形成され、かつ絶縁体層は前記複合磁性膜間に形成される請求項 31記載の磁性材料。

[35] 基板;および

前記基板上に形成され、長手方向が前記基板の表面に対して垂直方向に向いた Feおよび Coからなる磁性合金で構成された柱状体と、前記柱状体の間に形成されたケィ素および酸素の酸ィ匕物からなる無機絶縁体とを備え、前記 Fe— Co磁性合金とケィ素との組成モル比が 90 : 10から 95 : 5である複合磁性膜；

を具備する磁性材料。

[36] 請求項 1〜35 、ずれか記載の磁性材料を含むアンテナ基板；および

前記アンテナ基板の主面近傍に配置されたアンテナ；

を備えることを特徴とするアンテナデバイス。