CN104661983A - MgO-TiO烧结体靶及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种MgO-TiO烧结体,其含有25~90摩尔%TiO,其余包含MgO和不可避免的杂质。本发明的课题在于提供一种成膜速度快、且能够进行粉粒产生少的直流(DC)溅射的高密度靶及其制造方法。

Description

MgO-TiO烧结体靶及其制造方法
技术领域
本发明涉及用于形成磁盘装置用的磁记录介质、隧道磁电阻效应(TMR)元件等电子器件用的氧化镁层的氧化镁基靶及其制造方法,特别是涉及具有导电性且高密度的溅射用烧结体氧化镁基靶及其制造方法。
背景技术
近年来,伴随磁盘的小型化、高记录密度化,进行了磁记录介质的研究、开发,特别是进行了磁性层、基底层的各种改良。硬盘的记录密度逐年急速增大,认为从目前的600Gbit/平方英寸的面密度将来会达到1Tbit/平方英寸。记录密度达到1Tbit/平方英寸时,记录比特(bit)的尺寸为10nm以下,此时,可以预料到由热起伏引起的顺磁性化会成为问题,并且可以预料到现在使用的材料、例如通过在Co-Cr基合金中添加Pt而提高了晶体磁各向异性的材料是不充分的。这是因为,以10nm以下的大小稳定地表现出强磁性的磁性粒子,需要具有更高的晶体磁各向异性。
基于上述理由,具有L10结构的FePt相作为超高密度记录介质材料受到关注。具有L10结构的FePt相具有高的晶体磁各向异性并且耐腐蚀性、抗氧化性优良,因此期待成为适合作为磁记录介质应用的材料。而且,使用FePt相作为超高密度记录介质材料时,要求开发使有序的FePt磁性粒子以使其磁隔离的状态尽可能高密度地取向对齐的方式分散的技术。为了赋予FePt薄膜磁各向异性,需要控制晶体取向,这通过选择单晶基板可以容易地实现。已报道:为了使磁化取向轴垂直取向,作为FePt层的基底层,氧化镁膜是适合的。
另外,还已知使用作为磁头(硬盘用)、MRAM中使用的TMR元件的绝缘层(隧道势垒)使用的氧化镁膜等。上述的氧化镁膜以前通过真空蒸镀法形成,但最近,为了容易地实现制造工序的简化、大面积化而进行了使用溅射法的氧化镁膜的制作。作为现有技术,有下述的公知文献。
上述专利文献1中公开了一种氧化镁靶,其为由氧化镁纯度99.9%以上、相对密度99%以上的氧化镁烧结体构成的氧化镁靶,其具有平均粒径为60μm以下、且晶粒内存在平均粒径2μm以下的圆形的气孔的微结构,其能够应对分钟以上的溅射制膜速度。其基于如下的方法:在高纯度氧化镁粉末中添加混合平均粒径100nm以下的氧化镁微粉后进行成形,并将成形体进行一次烧结和二次烧结。
上述专利文献2中提出了一种氧化镁靶,其特征在于,由相对密度99%以上的氧化镁烧结体构成,在Ar气氛或Ar-O2混合气氛中的溅射成膜中可以得到分钟以上的成膜速度,并提出了如下方法:将平均粒径0.1~2μm的高密度氧化镁粉末在3t/cm2以上的压力下进行CIP成形,并将所得到的成形体进行烧结。
上述专利文献3中记载了一种由氧化镁构成的靶,其为由氧化镁纯度99.9%以上、相对密度99.0%以上的氧化镁烧结体构成的氧化镁靶,能够应对分钟以上的溅射成膜速度,并记载了在高纯度氧化镁粉末中添加混合电熔氧化镁粉末和平均粒径100nm以下的氧化镁微粉后进行成形,并将成形体进行一次烧结和二次烧结的方法,以及能够利用溅射法以高成膜速度形成具有良好的取向性、结晶性和膜特性的氧化镁膜。
上述专利文献4中提出了以MgO为主要成分的靶及其制造方法,其以放电电压低、放电时的耐溅射性、快速的放电响应性、绝缘性为目标,为了用于Ac型PDP的介电体层的保护膜而使La粒子、Y粒子、Sc粒子分散到以MgO为主要成分的靶内。
上述专利文献5中提出了如下方案:对于以MgO为主要成分的靶而言,为了提高强度、破坏韧性值、耐热冲击性,使LaB6粒子分散到MgO基质中,并且进行烧结前的还原气体气氛中的还原处理、规定温度下的一次烧结、二次烧结。
上述专利文献6中记载了:对于以MgO为主要成分的靶而言,规定了相对密度并将平均晶粒直径规定为0.5~100μm,并且使作为稀土元素的Sc、Y、La、Ce、Gd、Yb、Nd分散到MgO基质中。上述专利文献7中提出了如下方案:为了制造高密度烧结体,通过放电等离子体烧结法对MgO压实粉体进行烧结。
上述专利文献8和专利文献9中提出了如下方案:为了使极限密度为3.568g/cm3、机械性质和导热性良好并降低由气体产生导致的气氛的污染,通过单轴加压烧结,得到使大量(111)面取向的MgO烧结体,将粒径为1μm以下的MgO原料粉末进行单轴加压烧结,然后在氧气气氛中在1273K以上的温度下进行热处理。这种情况下,原料粉末使用MgO,使密度提高的方法受烧结条件限制。
上述专利文献10中提出了大规模且均匀地形成MgO膜的靶,并提出了如下方案:对平均晶粒直径、密度、抗折力、靶表面的中心线平均粗糙度进行规定,并且使原料粉末的粒径为1μm以下,然后经过造粒工序,在规定的负荷和温度下进行烧结,并进行表面精加工以使靶的中心线平均粗糙度Ra为1μm以下。另外,专利文献11中记载了:在垂直磁记录介质中,在非磁性基体和非磁性基底层之间,形成由具有NaCl结构的MgO、NiO、TiO或Ti的碳化物的任一种材料构成的非磁性晶种层。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开平10-130827号公报
专利文献2:日本特开平10-130828号公报
专利文献3:日本特开平10-158826号公报
专利文献4:日本特开平10-237636号公报
专利文献5:日本特开平11-6058号公报
专利文献6:日本特开平11-335824号公报
专利文献7:日本特开平11-139862号公报
专利文献8:日本特开2009-173502号公报
专利文献9:国际公开WO2009/096384号单行本
专利文献10:日本特开2000-169956号公报
专利文献11:日本特开2004-213869号公报
发明内容
发明所要解决的问题
近年来,作为磁盘装置(硬盘)的磁记录介质、隧道磁电阻效应(TMR)元件等电子设备用途,氧化镁膜的需要不断提高。由于该氧化镁为绝缘性材料,因而通常使用高频(RF)溅射。但是,存在以下问题:该RF溅射由于成膜速度慢因而生产率差,而且由于容易产生粉粒因而使膜的品质劣化。因此,本发明的课题在于提供成膜速度快、能够进行粉粒产生少的直流(DC)溅射的高密度靶及其制造方法。
用于解决问题的手段
为了解决上述课题,本发明人等进行了深入研究,结果发现:通过制成在氧化镁MgO中混合有具有与其相同的NaCl型晶体结构且具有晶格常数接近的值的导电性氧化钛TiO的复合氧化物的靶,能够得到具有导电性的烧结体,能够进行DC溅射,而且所得到的膜具有与氧化镁同等的晶体结构,因此不会损害作为基底层等的功能。
基于上述发现,本发明提供以下的方案。
1)一种MgO-TiO烧结体,其含有25~90摩尔%TiO,其余包含MgO和不可避免的杂质。
2)如上述1)所述的MgO-TiO烧结体,其特征在于,相对密度为95%以上。
3)如上述1)或上述2)所述的MgO-TiO烧结体,其特征在于,体电阻率为10Ω·cm以下。
4)如上述1)~3)中任一项所述的MgO-TiO烧结体,其特征在于,存在TiO相和MgO相两相,并且该MgO相的最长直径为50μm以上的区域为10个以下/1mm2
5)一种MgO-TiO烧结体的制造方法,其为制造在MgO中含有25摩尔%以上且90摩尔%以下TiO的溅射用烧结体的方法,其特征在于,将包含平均粒径为10μm以下的MgO粉末和平均粒径为50μm以下的TiO粉末的原料粉混合,并将混合后的原料粉在1250~1450℃的温度、200kgf/cm2以上的加压压力下热压,从而制作MgO-TiO烧结体。
发明效果
本发明能够提供高密度且体电阻率低的氧化镁基烧结体。在将其作为靶使用时,具有以下优良效果,由于能够通过DC溅射进行成膜,因而能够显著提高成膜速度,而且由于能够稳定的溅射,因而粉粒的产生量少。另外,还具有以下优良效果,由于不需要RF溅射用的高价的RF电源,因而能够降低装置设备的成本。
附图说明
图1是用激光显微镜观察实施例2的靶而得到的组织图像。
图2是用激光显微镜观察实施例2的靶而得到的组织图像(将图1按比例缩小约1/5后的图像)。
具体实施方式
本发明的MgO-TiO烧结体的特征之一在于,在MgO中添加TiO。通过添加具有导电性的TiO,能够得到包含MgO-TiO的导电性的烧结体,因此使用该烧结体制作的溅射靶能够进行DC溅射,而且能够减少溅射时产生的粉粒量。
本发明如上所示通过添加具有导电性的TiO,赋予烧结体导电性,使得能够进行DC溅射,另外,重要的是,上述TiO具有与MgO相同的NaCl型晶体结构,并且采用接近MgO的值的晶格常数,是与MgO同样的氧化物,但不会与MgO反应而生成中间化合物。由此,通过溅射形成的膜,与以往的单独氧化镁的膜相比,具有不会损害其特性的优良效果。
另外,作为能够应用于本发明的导电性材料,除了TiO以外,还可以列举:TiN、TiC、CrN、NbN、NbC、TaN、TaC、ZrN、ZrC、VN、VC等。仅从晶格常数的观点考虑时,TiC、VC、WC、TiN是有希望的。但是,对于这些碳化物或氮化物而言,在原料粉中含有大量的氧杂质,在与MgO混合、烧结时有可能会分解,或者还原MgO中的氧,或者与MgO生成中间化合物,认为会损害本来的Mg、“TiC、VC、WC、TiN”所具有的特性(晶格常数等)。
在本发明的MgO-TiO烧结体中,TiO的含量为25摩尔%以上且90摩尔%以下,优选为35摩尔%以上且70摩尔%以下。小于25摩尔%时,难以得到能够进行DC溅射的体电阻,另一方面,超过90摩尔%时,所形成的膜的特性接近纯TiO,不能得到所期望的特性,因此不优选。
需要说明的是,在本发明中,只要在能够进行DC溅射且不显著改变膜的特性的范围内,也包括添加其它材料的情况。
另外,对于本发明的MgO-TiO烧结体而言,优选相对密度为95%以上。更优选相对密度为98%以上。在使用这样的高密度烧结体作为溅射用靶的情况下,溅射时能够减少粉粒的产生量。
另外,对于本发明的MgO-TiO烧结体而言,优选体电阻率为10Ω·cm以下。更优选为0.01Ω·cm以下。在使用这样的体电阻值低的烧结体作为溅射用靶的情况下,能够进行更稳定的DC溅射。由此,与以往的RF溅射相比能够加快成膜速度,因此能够提高生产率。
需要说明的是,即使是超出上述体电阻率的范围,也当然应该理解只要能够进行DC溅射,就包含在本发明内。
另外,在本发明的MgO-TiO烧结体中,存在TiO相和MgO相两相,并且MgO相的最长直径为50μm以上的区域优选为10个以下/1mm2。更优选MgO相的最长直径为30μm以上的区域为25个以下/1mm2。优选TiO相以连接成网眼状的形式分散。
本发明涉及导电率各自显著不同的MgO和TiO共存的烧结体,存在粗大的MgO相时,以其为起点的异常放电容易发生。通过极力减少这样粗大的MgO相的区域,能够抑制以粗大的MgO相为起点的异常放电。需要说明的是,MgO相的最长直径是指在从靶的一部分中采集的样品的抛光面中,形成MgO相的粒子的最大长度。
本发明的MgO-TiO烧结体可以通过以下的方法制作。
首先,准备MgO粉和TiO粉作为原料。优选使用平均粒径为10μm以下的MgO粉末、平均粒径为50μm以下的TiO粉末。粉末的粒径超出该范围时,难以均匀混合,并且产生偏析和晶体的粗大化,因此不优选。对于原料粉末的粒径而言,微细的粒径较佳,但是TiO难以细化,从生产上的观点考虑,优选平均粒径为1μm以上。
然后,称量这些原料粉末以得到规定的摩尔比,并使用球磨机等公知的手段进行粉碎和混合。
将由此得到的混合粉末在真空气氛或惰性气体气氛中通过热压法成型并烧结。另外,除了上述热压以外,还可以使用放电等离子体烧结等各种加压烧结方法。特别是,热等静压烧结法对于提高烧结体的密度是有效的。烧结时的保持温度优选设定为1250~1450℃的温度。另外,烧结时的保持压力优选设定为200kgf/cm2以上的压力范围。
另外,在本发明中,将由此得到的烧结体通过磨削等加工成所期望的形状,由此可以制作溅射靶。这样制造的溅射靶能够进行DC溅射,因此成膜速度显著提高,可以大幅改善生产率。此外,由于能够减少溅射时产生的粉粒量,因而具有能够提高成膜时的成品率的优良效果。
实施例
以下,基于实施例和比较例进行说明。需要说明的是,本实施例仅是一例,本发明不受该例任何限制。即,本发明仅受权利要求书限制,包含本发明所包含的实施例以外的各种变形。
(实施例1)
作为原料粉,准备平均粒径1μm、纯度4N(99.99%)的MgO粉末,平均粒径30μm、纯度3N(99.9%)的TiO粉。然后,调合这些原料粉以得到表1中记载的组成比。
然后,将称量的粉末与粉碎介质氧化锆球一起在Ar气氛下封入容量10升的球磨机罐中,并旋转20小时以上进行混合和粉碎,使得两种粉末均匀分散。
然后,将从罐中取出的粉末填充到直径180mm的石墨模具中,并使用热压装置进行成形和烧结。热压的条件为:真空气氛,保持温度1400℃,从升温开始时到保持结束以250kgf/cm2的压力进行加压。
对于由此制作的烧结体,利用阿基米德法进行密度测定,结果具有98%的相对密度。在此,相对密度为用靶的实测密度除以计算密度(也称为理论密度)而求得的值。计算密度是假定靶的构成成分彼此不扩散或反应地混合存在时的密度,式:计算密度=Σ(构成成分的分子量×构成成分的摩尔比)/Σ(构成成分的分子量×构成成分的摩尔比/构成成分的理论密度)。需要说明的是,MgO的理论密度采用3.585g/cm3,TiO的理论密度采用4.93g/cm3。以下的实施例和比较例中也同样。
另外,利用四端子法进行烧结体的体电阻测定,结果是0.01Ω·cm。另外,对该烧结体的截面进行抛光,用激光显微镜观察中心部,结果能够观察到MgO相和TiO相这两相,MgO相的最长直径为50μm以上、30μm以上的区域分别为5个/mm2、15个/mm2
另外,将烧结体用磨削机抛光加工成靶形状,从而制作圆盘状的靶。将其安装在DC溅射装置上,并进行溅射。溅射的条件设定为溅射功率:0.5kW、Ar气压:5Pa,在硅基板上成膜30秒。另外,用粉粒计数器测定附着在基板上的粉粒的个数。此时的粉粒个数为120个。
表1
(实施例2)
作为原料粉,准备平均粒径1μm、纯度4N(99.99%)的MgO粉末,平均粒径20μm、纯度3N(99.9%)的TiO粉。然后,调合这些原料粉以得到表1中记载的组成比。
然后,将称量的粉末与粉碎介质氧化锆球一起在Ar气氛下封入容量10升的球磨机罐中,并旋转20小时以上进行混合和粉碎,使得两种粉末均匀分散。
然后,将从罐中取出的粉末填充到直径180mm的石墨模具中,并使用热压装置进行成形和烧结。热压的条件为:真空气氛,保持温度1400℃,从升温开始时到保持结束以300kgf/cm2的压力进行加压。
对于由此制作的烧结体,利用阿基米德法进行密度测定,结果具有98%的相对密度。另外,利用四端子法进行烧结体的体电阻测定,结果是0.003Ω·cm。另外,对该烧结体的截面进行抛光,并用激光显微镜观察中心部。将其结果示于图1。如图1所示,观察到MgO相(深灰色部分)和TiO(浅灰色部分)相这两相。另外,MgO相的最长直径为50μm以上、30μm以上的区域如图2所示分别为1个、2个,将该图像区域换算成每1mm2的面积时,分别为3个/mm2、5个/mm2。需要说明的是,在其它实施例和比较例(其中,不包括比较例1)中,在与图1同倍率的组织图像中,也确认由MgO相和TiO相这两相形成,在与图2同倍率的图像区域中,计数最长直径为50μm以上和30μm以上的MgO相的个数,将其换算成每1mm2的面积,作为每单位面积的个数。
另外,将烧结体用磨削机抛光加工成靶形状,从而制作圆盘状的靶。将其安装在DC溅射装置上,并进行溅射。溅射的条件设定为溅射功率:0.5kW、Ar气压:5Pa,在硅基板上成膜30秒。然后,用粉粒计数器测定附着在基板上的粉粒的个数。此时的粉粒个数为51个。
(实施例3)
作为原料粉,准备平均粒径1μm、纯度4N(99.99%)的MgO粉末,平均粒径30μm、纯度3N(99.9%)的TiO粉。然后,调合这些原料粉以得到表1中记载的组成比。
然后,将称量的粉末与粉碎介质氧化锆球一起在Ar气氛下封入容量10升的球磨机罐中,并旋转20小时以上进行混合和粉碎,使得两种粉末均匀分散。
然后,将从罐中取出的粉末填充到直径180mm的石墨模具中,并使用热压装置进行成形和烧结。热压的条件为:真空气氛,保持温度1400℃,从升温开始时到保持结束以250kgf/cm2的压力进行加压。
对于由此制作的烧结体,利用阿基米德法进行密度测定,结果具有99.5%的相对密度。另外,利用四端子法进行烧结体的体电阻测定,结果是0.002Ω·cm。另外,对该烧结体的截面进行抛光,用激光显微镜观察中心部,结果能够观察到MgO相和TiO相这两相,MgO相的最长直径为50μm以上、30μm以上的区域分别为0个/mm2、5个/mm2
另外,将烧结体用磨削机抛光加工成靶形状,从而制作圆盘状的靶。将其安装在DC溅射装置上,并进行溅射。溅射的条件设定为溅射功率:0.5kW、Ar气压:5Pa,在硅基板上成膜30秒。然后,用粉粒计数器测定附着在基板上的粉粒的个数。此时的粉粒个数为46个。
(实施例4)
作为原料粉,准备平均粒径1μm、纯度4N(99.99%)的MgO粉末,平均粒径30μm、纯度3N(99.9%)的TiO粉。然后,调合这些原料粉以得到表1中记载的组成比。
然后,将称量的粉末与粉碎介质氧化锆球一起在Ar气氛下封入容量10升的球磨机罐中,并旋转10小时进行混合和粉碎,使得两种粉末均匀分散。
然后,将从罐中取出的粉末填充到直径180mm的石墨模具中,并使用热压装置进行成形和烧结。热压的条件为:真空气氛,保持温度1400℃,从升温开始时到保持结束以250kgf/cm2的压力进行加压。
对于由此制作的烧结体,利用阿基米德法进行密度测定,结果具有99.5%的相对密度。另外,利用四端子法进行烧结体的体电阻测定,结果是0.0005Ω·cm。另外,对该烧结体的截面进行抛光,用激光显微镜观察中心部,结果能够观察到MgO相和TiO相这两相,MgO相的最长直径为50μm以上、30μm以上的区域分别为0个/mm2、0个/mm2
另外,将烧结体用磨削机抛光加工成靶形状,从而制作圆盘状的靶。将其安装在DC溅射装置上,并进行溅射。溅射的条件设定为溅射功率:0.5kW、Ar气压:5Pa,在硅基板上成膜30秒。然后,用粉粒计数器测定附着在基板上的粉粒的个数。此时的粉粒个数为22个。
(比较例1)
作为原料粉,仅准备平均粒径1μm、纯度4N(99.99%)的MgO粉末。然后,将该粉末与粉碎介质氧化锆球一起封入容量10升的球磨机罐中,并旋转10小时进行粉碎。
然后,将从罐中取出的粉末填充到直径180mm的石墨模具中,并使用热压装置进行成形和烧结。热压的条件为:真空气氛,保持温度1500℃,从升温开始时到保持结束以300kgf/cm2的压力进行加压。
对于由此制作的烧结体,利用阿基米德法进行密度测定,结果具有99%的相对密度。另外,利用四端子法进行烧结体的体电阻测定,但是电阻值高而不能测定。
将该烧结体用车床切削加工成靶形状,从而制作圆盘状的靶。将其安装在DC溅射装置上,并进行溅射,但是不能进行DC溅射。
(比较例2)
作为原料粉,准备平均粒径1μm、纯度4N(99.99%)的MgO粉末,平均粒径25μm、纯度3N(99.9%)的TiO粉。然后,调合这些原料粉以得到表1中记载的组成比。
然后,将称量的粉末与粉碎介质氧化锆球一起在Ar气氛下封入容量10升的球磨机罐中,并旋转20小时以上进行混合和粉碎,使得两种粉末均匀分散。
然后,将从罐中取出的粉末填充到直径180mm的石墨模具中,并使用热压装置进行成形和烧结。热压的条件为:真空气氛,保持温度1400℃,从升温开始时到保持结束以300kgf/cm2的压力进行加压。
对于由此制作的烧结体,利用阿基米德法进行密度测定,结果具有96%的相对密度。另外,利用四端子法进行烧结体的体电阻测定,结果,电阻值高而不能测定。另外,对该烧结体的截面进行抛光,用激光显微镜观察中心部,结果能够观察到MgO相和TiO相这两相,MgO相的最长直径为50μm以上、30μm以上的区域分别为13个/mm2、35个/mm2
将烧结体用磨削机抛光加工成靶形状,从而制作圆盘状的靶。将其安装在DC溅射装置上,并进行溅射,但是不能进行DC溅射。
(对比例3)
作为原料粉,准备平均粒径1μm、纯度4N(99.99%)的MgO粉末,平均粒径100μm、纯度3N(99.9%)的TiO粉。然后,调合这些原料粉以得到表1中记载的组成比。
然后,将称量的粉末与粉碎介质氧化锆球一起在Ar气氛下封入容量10升的球磨机罐中,并旋转5小时进行混合和粉碎,使得两种粉末均匀分散。
然后,将从罐中取出的粉末填充到直径180mm的石墨模具中,并使用热压装置进行成形和烧结。热压的条件为:真空气氛,保持温度1400℃,从升温开始时到保持结束以300kgf/cm2的压力进行加压。
对于由此制作的烧结体,利用阿基米德法进行密度测定,结果具有97%的相对密度。另外,利用四端子法进行烧结体的体电阻测定,结果是0.007Ω·cm。另外,对该烧结体的截面进行抛光,用激光显微镜观察中心部,结果能够观察到MgO相和TiO相这两相,MgO相的最长直径为50μm以上、30μm以上的区域分别为25个/mm2、53个/mm2
另外,将烧结体用磨削机抛光加工成靶形状,从而制作圆盘状的靶。将其安装在DC溅射装置上,并进行溅射。溅射的条件设定为溅射功率:0.5kW、Ar气压:5Pa,在硅基板上成膜30秒。然后,用粉粒计数器测定附着在基板上的粉粒的个数。此时的粉粒个数为2000个。
(对比例4)
作为原料粉,准备平均粒径1μm、纯度4N(99.99%)的MgO粉末,平均粒径100μm、纯度3N(99.9%)的TiO粉。然后,调合这些原料粉以得到表1中记载的组成比。
然后,将称量的粉末与粉碎介质氧化锆球一起在Ar气氛下封入容量10升的球磨机罐中,并旋转5小时进行混合和粉碎,使得两种粉末均匀分散。
然后,将从罐中取出的粉末填充到直径180mm的石墨模具中,并使用热压装置进行成形和烧结。热压的条件为:真空气氛,保持温度1400℃,从升温开始时到保持结束以300kgf/cm2的压力进行加压。
对于由此制作的烧结体,利用阿基米德法进行密度测定,结果具有99.5%的相对密度。另外,利用四端子法进行烧结体的体电阻测定,结果是0.002Ω·cm。另外,对该烧结体的截面进行抛光,用激光显微镜观察,结果能够观察到MgO相和TiO相这两相,MgO相的最长直径为50μm以上、30μm以上的区域分别为15个/mm2、41个/mm2
另外,将烧结体用磨削机抛光加工成靶形状,从而制作圆盘状的靶。将其安装在DC溅射装置上,并进行溅射。溅射的条件设定为溅射功率:0.5kW、Ar气压:5Pa,在硅基板上成膜30秒。然后,用粉粒计数器测定附着在基板上的粉粒的个数。此时的粉粒个数为500个。
产业实用性
本发明的MgO-TiO烧结体能够进行DC溅射,因此与使用以往的MgO烧结体进行RF溅射的情况相比,能够显著提高成膜速度,能够得到提高生产率的显著效果。另外,由于DC溅射可以通过利用廉价的DC电源实现,因而能够直接利用现有设备,能够降低设备投资的成本。
由上可知,本发明的MgO-TiO烧结体作为用于形成磁盘装置用的磁记录介质、隧道磁电阻效应(TMR)元件等电子器件用的薄膜时的氧化镁基溅射靶是有用的。另外,作为以往的绝缘性MgO不能实现的导电性陶瓷材料,也能够在除静电、耐热构件等新的领域中利用。

Claims (5)

1.一种MgO-TiO烧结体,其含有25~90摩尔%TiO,其余包含MgO和不可避免的杂质。
2.如权利要求1所述的MgO-TiO烧结体,其特征在于,相对密度为95%以上。
3.如权利要求1或2所述的MgO-TiO烧结体,其特征在于,体电阻率为10Ω·cm以下。
4.如权利要求1~3中任一项所述的MgO-TiO烧结体,其特征在于,存在TiO相和MgO相两相,并且该MgO相的最长直径为50μm以上的区域为10个以下/1mm2
5.一种MgO-TiO烧结体的制造方法,其为制造在MgO中含有10摩尔%以上且90摩尔%以下TiO的溅射用烧结体的方法,其特征在于,
将包含平均粒径为10μm以下的MgO粉末和平均粒径为50μm以下的TiO粉末的原料粉混合,并将混合后的原料粉在1250~1450℃的温度、200kgf/cm2以上的加压压力下热压,从而制作MgO-TiO烧结体。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113421733A (zh) * 2021-06-15 2021-09-21 季华实验室 一种增加铁磁薄膜材料的垂直磁各向异性的方法
CN115246732A (zh) * 2021-04-28 2022-10-28 光洋应用材料科技股份有限公司 复合氧化物靶材及其制法

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2016088867A1 (ja) * 2014-12-05 2017-09-21 宇部マテリアルズ株式会社 スパッタリング用MgOターゲット材及び薄膜
JP6489694B2 (ja) * 2015-09-08 2019-03-27 株式会社高純度化学研究所 スパッタリングターゲット
JP6935869B2 (ja) * 2018-06-27 2021-09-15 昭和電工株式会社 熱アシスト磁気記録媒体および磁気記憶装置
US11444292B2 (en) 2018-12-27 2022-09-13 Robert Bosch Gmbh Anticorrosive and conductive material
JP7246232B2 (ja) * 2019-03-29 2023-03-27 Jx金属株式会社 スパッタリングターゲット部材、スパッタリングターゲット、スパッタリングターゲット部材の製造方法、及びスパッタ膜の製造方法
TWI770959B (zh) * 2021-04-26 2022-07-11 光洋應用材料科技股份有限公司 複合氧化物靶材及其製法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0193467A (ja) * 1987-10-01 1989-04-12 Toshiba Tungaloy Co Ltd 酸化物系セラミックス
CN101925555A (zh) * 2008-01-28 2010-12-22 日本钨合金株式会社 多晶MgO烧结体及其制造方法以及溅射用MgO靶材
CN102365385A (zh) * 2009-03-27 2012-02-29 吉坤日矿日石金属株式会社 Ti-Nb系氧化物烧结体溅射靶、Ti-Nb系氧化物薄膜及该薄膜的制造方法
WO2013005690A1 (ja) * 2011-07-01 2013-01-10 宇部マテリアルズ株式会社 スパッタリング用MgOターゲット

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8993134B2 (en) * 2012-06-29 2015-03-31 Western Digital Technologies, Inc. Electrically conductive underlayer to grow FePt granular media with (001) texture on glass substrates

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0193467A (ja) * 1987-10-01 1989-04-12 Toshiba Tungaloy Co Ltd 酸化物系セラミックス
CN101925555A (zh) * 2008-01-28 2010-12-22 日本钨合金株式会社 多晶MgO烧结体及其制造方法以及溅射用MgO靶材
CN102365385A (zh) * 2009-03-27 2012-02-29 吉坤日矿日石金属株式会社 Ti-Nb系氧化物烧结体溅射靶、Ti-Nb系氧化物薄膜及该薄膜的制造方法
WO2013005690A1 (ja) * 2011-07-01 2013-01-10 宇部マテリアルズ株式会社 スパッタリング用MgOターゲット

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115246732A (zh) * 2021-04-28 2022-10-28 光洋应用材料科技股份有限公司 复合氧化物靶材及其制法
CN113421733A (zh) * 2021-06-15 2021-09-21 季华实验室 一种增加铁磁薄膜材料的垂直磁各向异性的方法

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