JP2000252121A - 高周波用Ｃｏ基金属アモルファス磁性膜とそれを用いた磁気素子、インダクタ、トランス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高周波用などの磁性材料として数１００ＭＨ
ｚ以上の周波数帯域、特に１ＧＨｚ以上の高周波帯域で
透磁率が高く、製造が容易な金属アモルファス磁性膜を
提供すること、およびそれを用いた磁気素子、インダク
タ、トランスの提供。 【解決手段】 Ｃｏを主成分とし、Ｆｅと、Ｚｒ，Ｈ
ｆ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｗ，Ｖ，Ｔｉから選択される１
種または２種以上の元素を含む非晶質相を主体としてな
り、周波数１００ＭＨｚでの複素透磁率の実数部が３０
０以上で、かつ虚数部が２０以下であり、周波数１ＧＨ
ｚでの複素透磁率の実数部が３００以上で、かつ虚数部
が２００以下を示すことを特徴とする高周波用Ｃｏ基金
属アモルファス磁性膜４。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、数１００ＭＨｚ以
上の周波数帯域、特に１ＧＨｚ以上の高周波帯域で高い
透磁率を示し、低損失の高周波用Ｃｏ基金属アモルファ
ス磁性膜とそれを用いた磁気素子、インダクタ、トラン
スに関する。

【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１００ＭＨｚ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も
のが求められている。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を主成分とする非晶質合
金が多く知られている。また、軟磁気特性が優れた材料
としてＣｏ系非晶質合金が知られている。ところが、上
記のＦｅ系非晶質合金の磁性膜をスパッタ法などの成膜
技術により作製すると、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。この高周波における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。

【０００３】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、センダスト等の合金系
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。また、上記のＦｅ系やＣｏ系の非晶質合金は、
スパッタ法などにより製造できるため、製造が容易であ
るが、高周波帯域での損失が大きいため単層で用いるこ
とができないため、該非晶質合金薄膜と絶縁薄膜とを交
互に積層した多層構造にすることにより、高周波帯域で
の損失を低減しているが、この方法では磁気素子の厚み
が厚くなってしまう。

【０００４】

【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、ＩＶＡ、
ＶＡ族元素、あるいは希土類元素のうちの少なくとも１
種またはそれらの混合物を示し、５０≦Ｆｅ≦７０、５
≦Ｍ≦３０、１０≦Ｏ≦３０の組成を有する）の酸化物
ナノ結晶磁性膜を開発し、特開平６―３１６７４８号明
細書において特許出願している。この系の酸化物ナノ結
晶磁性膜によれば、比抵抗が高い（２１５.３〜１３３
７０９μΩ・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（テスラ）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。

【０００５】ところが、一般的に透磁率を表すには、複
素透磁率の実数部（μ’）と虚数部（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複素透磁率の実数部（μ’）の値を
高い値にすることができるものの、複素透磁率の虚数部
が実数部の値を超えるように大きくなり、（複素透磁率
の実数部）／（複素透磁率の虚数部）の値、即ち、
（μ’）／（μ''）で表される性能係数（Ｑ）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。上
記Ｑは、磁心材の損失特性を示すものであり、この値が
大きいほど、高周波用材料として優れるということがで
きる。また、上記の酸化物ナノ結晶磁性膜においては、
製造時に磁性膜中に酸素を添加するので通常は反応性ス
パッタを採用するため、特性の再現性が難しく、製造が
困難で、得られる磁気素子の特性にバラツキが生じてし
まうという問題があった。

【０００６】これに対して、通信関係の分野などにおい
ては、パーソナルハンディフォン（ＰＨＳ）などの移動
体通信端末機器の高周波化が急速に進展しており、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
よって小型化する要求があり、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。

【０００７】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、高周波用などの磁性材料として数１００ＭＨｚ以上
の周波数帯域、特に１ＧＨｚ以上の高周波帯域で透磁率
が高く、製造が容易な金属アモルファス磁性膜を提供す
ること、およびそれを用いた磁気素子、インダクタ、ト
ランスを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、Ｃｏを主成分
とし、Ｆｅと、Ｚｒ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｗ，
Ｖ，Ｔｉから選択される１種または２種以上の元素を含
む非晶質相を主体としてなり、周波数１００ＭＨｚでの
複素透磁率の実数部が３００以上で、かつ虚数部が２０
以下であり、周波数１ＧＨｚでの複素透磁率の実数部が
３００以上で、かつ虚数部が２００以下を示すことを特
徴とする高周波用Ｃｏ基金属アモルファス磁性膜を上記
課題の解決手段とした。

【０００９】本発明は、上記高周波用Ｃｏ基金属アモル
ファス磁性膜を下記の組成からなるものとしたものであ
る。 Ｃｏ_100-x-y-zＦｅ_xＭ_yＱ_z ただし、ＭはＺｒ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｗ，Ｖ，
Ｔｉから選択される１種または２種以上の元素であり、
ＱはＢ，Ｐ，Ｃから選択される１種または２種以上の元
素であり、組成比を示すｘ，ｙ，ｚはａｔ％で、ｘ≦２
０、５≦ｙ≦２０、ｚ≦１２の関係を満足する。本発明
は、上記組成において、前記組成比ｘ，ｙ，ｚはａｔ％
で、５≦ｘ≦１０、１０≦ｙ≦２０、ｚ≦７とすること
が好ましい。

【００１０】本発明は、上記高周波用Ｃｏ基金属アモル
ファス磁性膜を単層膜としたものであってもよい。ま
た、本発明は、上記のいずれかに記載の高周波用Ｃｏ基
金属アモルファス磁性膜を有することを特徴とする磁気
素子を上記課題の解決手段とした。また、本発明は、上
記のいずれかに記載の高周波用Ｃｏ基金属アモルファス
磁性膜から磁心が構成されてなることを特徴とする平面
型磁気素子を上記課題の解決手段とした。また、本発明
は、上記の平面型磁気素子を用いたインダクタを上記課
題の解決手段とした。また、本発明は、上記の平面型磁
気素子を用いたトランスを上記課題の解決手段とした。

【００１１】

【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Ｃｏ基金属アモルファス
磁性膜（以下、高周波用アモルファス磁性膜と略す）
は、Ｃｏを主成分とし、Ｆｅと、Ｚｒ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｍ
ｏ，Ｔａ，Ｗ，Ｖ，Ｔｉから選択される１種または２種
以上の元素Ｍを含む非晶質相を主体としてなり、周波数
１００ＭＨｚでの複素透磁率の実数部が３００以上で、
かつ虚数部が２０以下であり、周波数１ＧＨｚでの複素
透磁率の実数部が３００以上で、かつ虚数部が２００以
下を示すものである。

【００１２】本発明の高周波用アモルファス磁性膜膜
は、下記の組成式で示すことができる。 Ｃｏ
_100-x-y-zＦｅ_xＭ_yＱ_z ただし、ＭはＺｒ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｗ，Ｖ，
Ｔｉから選択される１種または２種以上の元素であり、
ＱはＢ，Ｐ，Ｃから選択される１種または２種以上の元
素であり、組成比を示すｘ，ｙ，ｚはａｔ％で、ｘ≦２
０、５≦ｙ≦２０、ｚ≦１２の関係を満足する。上記Ｃ
ｏ_100-x-y-zＦｅ_xＭ_yＱ_zなる組成式において、Ｃｏの組
成比を示す１００−ｘ−ｙ−ｚは、ａｔ％で、４８≦１
００−ｘ−ｙ−ｚ≦９５とすることが好ましい。上記Ｃ
ｏ_100-x-y-zＦｅ_xＭ_yＱ_zなる組成式において、上記組成
比ｘ，ｙ，ｚはａｔ％で、５≦ｘ≦１０、１０≦ｙ≦２
０、ｚ≦７とすることが好ましい。

【００１３】本発明の高周波用アモルファス磁性膜にお
いて、Ｃｏ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の含有量は多いほど好ましい
が、Ｃｏ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。次に、Ｆｅは、磁性を担う元素であるが、Ｆ
ｅの含有量の増加に伴って飽和磁化（Ｉs）が増加して
複素透磁率の実数部（μ’）を上げることができるが、
Ｆｅの過剰な置換は結晶化を招くため、Ｆｅの含有量は
２０ａｔ％以下が良い。Ｆｅの含有量が増加すると、こ
れに伴って異方性磁界（Ｈk）が小さくなり、共鳴周波
数が下がり、複素透磁率の実数部（μ”）が増加するた
め、Ｆｅの含有量としては、５ａｔ％以上１０ａｔ％以
下が好ましい。

【００１４】上記元素Ｍは、非晶質相（アモルファス
相）を形成するために必要なものである。また、元素Ｍ
は、比抵抗（ρ）並びに異方性磁界（Ｈk）を大きく
し、共鳴周波数を上げて高周波におけるμ”を小さくす
るが、多すぎると飽和磁化が低下し、これに伴ってμ’
が低下するため、元素Ｍの含有量は、５ａｔ％以上２０
ａｔ％以下が良く、好ましくは１０ａｔ％以上２０ａｔ
％以下が良い。上記元素Ｍの含有量を上述した本願発明
の範囲とするならば、比抵抗（ρ）を高め並びに異方性
磁界（Ｈk）を大きくすることでμ”を小さくし、渦電
流損失を低減することができ、高周波帯域での複素透磁
率の実数部（μ’）の低下を抑制でき、高周波特性を改
善できる。なお、上記の元素Ｍのなかでも特にＨｆには
磁歪を抑制する作用があるものと考えられる。また、上
記の元素Ｍのなかでも特にＺｒとＴａの複合添加が好ま
しい。Ｃｏ−Ｚｒ系では飽和磁化を高くすることができ
るが、正磁歪が発生してしまう。上記元素ＭとしてＺｒ
とＴａの複合添加とすることで、零磁歪とし、かつ比抵
抗を高くすることができる。

【００１５】上記元素Ｑは、アモルファスを安定化する
ため、磁場中熱処理を行うことで、高周波特性を向上さ
せるのに有効であるが、一方、この元素Ｑの添加は、飽
和磁化（Ｉs）を小さくし、μ’を劣化させるので、１
２ａｔ％以下が良く、好ましくは２ａｔ％以上７ａｔ％
以下が良い。なお、元素Ｑは、必ずしも添加されていな
くてもよい。

【００１６】本発明の高周波用アモルファス磁性膜を作
製するには、合金膜をスパッタ、蒸着等の薄膜形成技術
により作成する。スパッタ装置としてはＲＦ２極スパッ
タ、ＤＣスパッタ、マグネトロンスパッタ、３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
等の既存のものを使用することができる。また、Ｃｏの
ターゲット上にＦｅ、Ｚｒ等の元素Ｍまたはこれらの元
素に加えてＢなどの元素Ｑの各種ペレットを配置した複
合ターゲットを用いてＡｒ等の不活性ガス中で製作する
こともできる。また、本発明の高周波用金属アモルファ
ス磁性膜を製造するに際して、Ｃｏ、Ｆｅと、上記元素
Ｍと、上記元素Ｑの添加量を本発明の範囲内で変更し、
さらに、上記元素Ｍと上記元素Ｑについては、選択する
元素を本発明の範囲内で変更することにより、飽和磁化
（Ｉs）、比抵抗（ρ）、異方性磁界（Ｈk）を制御し
て、単層であっても高周波用などの磁性材料として数１
００ＭＨｚ以上の周波数帯域、特に１ＧＨｚ以上の高周
波帯域で透磁率が高いものが得られる。

【００１７】また、本発明の高周波用金属アモルファス
磁性膜は、スパッタ法により、上述のような高周波特性
が優れた磁性膜を再現性良く製造できるので、製造が容
易である。また、本発明の高周波用金属アモルファス磁
性膜は、単層であっても、上述のように高周波特性が優
れているので、本発明の金属アモルファス磁性膜を用い
て磁気素子を作製すると、厚みの薄い磁気素子を提供で
きる。なお、本発明の高周波用金属アモルファス磁性膜
は、単層に限らず、多層のものであってもよい。

【００１８】次に、本発明の平面型磁気素子をインダク
タに適用した第１の実施形態を示す。 図１、図２は、
本発明の高周波用金属アモルファス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１の実施形態
を示す図である。第１の実施形態のインダクタＢにおい
ては、基板１ａ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の上に本発明の高周波用金属
アモルファス磁性膜４が被覆され、基板１ａ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１ａの両面
のコイル２、２からそれぞれ端子６が基板１ａ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。

【００１９】前記基板１ａ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１ａ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。

【００２０】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、サイズ等に応じ
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。更に、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
法等の適宜の方法を用いれば良い。

【００２１】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、ポリイミド等の高
分子フィルム、ＳｉＯ₂、ガラス、硬質炭素膜等の無機
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。高周波用
金属アモルファス磁性膜４は、先に説明した組成から構
成されている。ここでの高周波用金属アモルファス磁性
膜４の厚みとしては、０．５〜１０μｍ程度、好ましく
は１〜５μｍ程度とされる。本発明の高周波用金属アモ
ルファス磁性膜４は、高周波特性に優れているので、単
層で厚く成膜しても損失を少なくすることができる。

【００２２】上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、優れた高周波特性を有する高
周波用金属アモルファス磁性膜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、数１０
０ＭＨｚ以上の周波数帯域、特に１ＧＨｚ以上の高周波
帯域で優れたインダクタンスを示す。なお、第１の実施
形態では、インダクタについて説明したが、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。

【００２３】次に、本発明の平面型磁気素子をインダク
タに適用した第２の実施形態を示す。 図３は、本発明
の高周波用金属アモルファス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２の実施形態を示す
図である。この第２の実施形態のインダクタＣにおいて
は、基板１０の上に酸化膜１１と本発明の高周波用金属
アモルファス磁性膜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１４と絶縁膜１３を覆って絶縁膜１５が形成され、
絶縁膜１５上に本発明の高周波用金属アモルファス磁性
膜１６が形成されている。

【００２４】基板１０は先の例の基板１ａと同等の材料
からなり、高周波用金属アモルファス磁性膜１２，１６
は、先の例の磁性膜４と同等の材料からなり、絶縁膜１
３は先の例の絶縁膜３と同等の材料からなる。酸化膜１
１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１１は必須のものではなく、
省略しても差し支えない。第２の実施形態のインダクタ
Ｃにおいても先に説明した例のインダクタＢと同様に、
数１００ＭＨｚ以上の周波数帯域、特に１ＧＨｚ以上の
高周波帯域で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、平面コイルを２つ有する構成とし
たトランスとして用いることも可能である。

【００２５】

【実施例】（１）成膜 高周波スパッタ装置を用いて、Ｃｏターゲット上に本発
明のＦｅ、元素Ｍ、またはこれらの元素に加えて元素Ｑ
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ガス雰囲気中で、かつ膜面内に一方向磁場
８ｋＡ／ｍを印加した状態でスパッタを行い、膜厚が約
１μｍの合金膜（単層膜）を作製した。ここでの膜厚
は、スパッタ時間をコントロールすることにより調整し
た。主なスパッタ条件を以下に示す。 予備排気：１×１０^-6Ｔｏｒｒ以下 高周波電力：２００Ｗ Ａｒガス圧：６ｍＴｏｒｒ 基板：ガラス基板（間接水冷）

【００２６】（試験１）種々のＦｅの組成比率における
Ｃｏ−Ｆｅ−Ｚｒ−Ｔａ系の合金膜の成膜直後（ａｓ−
ｄｅｐｏ．）の組織の状態をＸ線回折により調べた。そ
の結果を図４に示す。図４は、Ｃｏ_88-xＦｅ_xＺｒ₂Ｔａ
₁₀（ｘ＝２０，２５）で示される合金膜におけるＸ線回
折の結果を示すグラフである。図４に示した結果からＣ
ｏ₆₃Ｆｅ₂₅Ｚｒ₂Ｔａ₁₀膜は、２θ＝５３゜付近に結晶
の析出を示すピークが観察され、結晶相とアモルファス
相からなることがわかる。これに対してＦｅの含有量を
減らしたＣｏ₆₈Ｆｅ₂₀Ｚｒ₂Ｔａ₁₀膜の回折線は、ブロ
ードであり、アモルファス相からなることがわかる。こ
れらのことから、Ｃｏ_88-xＦｅ_xＺｒ₂Ｔａ₁₀で示される
合金膜では、Ｆｅの含有量を２０ａｔ％以下とすれば、
アモルファス状態の合金膜が得られることがわかる。

【００２７】次に、成膜直後（ａｓ−ｄｅｐｏ．）のＣ
ｏ_88-xＦｅ_xＺｒ₂Ｔａ₁₀で示される合金膜について、１
ＧＨｚにおける複素透磁率の実数部（μ’）と虚数部
（μ”）のＦｅ含有量依存性を調べた。その結果を図５
に示す。また、Ｃｏ_88-xＦｅ_xＺ ｒ₂Ｔａ₁₀で示される
合金膜について、飽和磁化（Ｉs ）のＦｅ含有量依存性
を 調べた。その結果を図６に示す。なお、ここでのＦ
ｅの含有量は、結晶が析出しない２０ａｔ％以下の範囲
とした。

【００２８】図５に示した結果からＣｏ_88-xＦｅ_xＺｒ₂
Ｔａ₁₀で示される合金膜においてＣｏをＦｅで置換する
とき、１ＧＨｚにおけるμ’については、Ｆｅの含有量
が８ａｔ％まではＦｅの含有量の増加に伴ってμ’も大
きくなるが、８ａｔ％を超えると小さくなっていること
がわかる。また、１ＧＨｚにおけるμ”については、Ｆ
ｅの含有量の増加に伴ってμ”も大きくなっていること
がわかる。これは、ＣｏをＦｅで置換するとき、図６に
示した結果からもわかるようにＦｅの含有量の増加に伴
って飽和磁化（Ｉs）が増加してμ’が上がるが、先に
述べたようにＦｅの含有量が増えると異方性磁界（Ｈ
k）が小さくなり、共鳴周波数が下がり、μ”が増加す
るためであると考えられる。従って、図４に示した結果
から、Ｃｏ_88-xＦｅ_xＺｒ₂Ｔａ₁₀で示される合金膜にお
いては、Ｆｅの過剰な添加は、結晶化を招くため、Ｆｅ
の含有量は、２０ａｔ％以下である必要があり、さらに
図５に示した結果から、μ’の値が大きく、かつ、μ”
の値があまり大きくならないＦｅの含有量は、５ａｔ％
以上、１０ａｔ％以下とすることが好ましいことがわか
る。

【００２９】次に、成膜直後（ａｓ−ｄｅｐｏ．）のＣ
ｏ_80-yＦｅ₈（Ｚｒ_0.17Ｔａ_0.83）_yで示される合金膜に
ついて、１ＧＨｚにおける複素透磁率の実数部（μ’）
と虚数部（μ”）の元素Ｍの含有量依存性を調べた。そ
の結果を図７に示す。また、Ｃｏ_80-yＦｅ₈（Ｚｒ_0.17
Ｔａ_0.83）_yで示される合金膜について、飽和磁化（Ｉ
s）の元素Ｍの含有量依存性を調べた。その結果を図８
に示す。なお、ここでの元素Ｍとしては、ＺｒとＴａを
用い、ＺｒとＴａの比率は一定とした。

【００３０】図７に示した結果から元素Ｍの含有量の増
加に伴ってμ’およびμ”が小さくなっており、１ＧＨ
ｚにおけるμ’が大きく、かつ、μ”が小さい（実用上
問題のない程度の大きさ）範囲としては、１０ａｔ％以
上であることがわかる。これは、Ｃｏを元素Ｍで置換す
るとき、図８に示した結果からもわかるように元素Ｍの
含有量の増加するとＣｏの含有量が減少し、飽和磁化が
低下し、これに伴ってμ’が低下し、また、元素Ｍの含
有量の増加に伴って比抵抗（ρ）並びに異方性磁界（Ｈ
k）が大きくなり、共鳴周波数が上がり高周波における
μ”が小さくなるからである。従って、成膜直後のＣｏ
_80-yＦｅ₈（Ｚｒ_0.17Ｔａ_0.83）_yで示される合金膜にお
いて、元素Ｍの含有量は、先に述べた理由から５ａｔ％
以上２０ａｔ％以下が好ましく、さらに図７に示した結
果を考慮すると、１０ａｔ％以上、２０ａｔ％以下とす
るのがより好ましいことがわかる。

【００３１】次に、Ｃｏ_80-zＦｅ₈Ｚｒ₂Ｔａ₁₀Ｂ_zで示
される合金膜を成膜後、真空加熱炉中で、磁場中で４５
０゜Ｃの温度範囲で１２０分間保持し徐冷するアニール
処理を行ったものについて、１ＧＨｚにおける複素透磁
率の実数部（μ’）と虚数部（μ”）のＢの含有量依存
性を調べた。その結果を図９に示す。

【００３２】図９に示した結果からＣｏ_80-zＦｅ₈Ｚｒ₂
Ｔａ₁₀Ｂ_zで示される合金膜において１ＧＨｚにおける
μ’については元素ＱとしてのＢの含有量が７ａｔ％ま
ではＢの含有量を増加しても殆ど変化しないが、７ａｔ
％を超えると急激に低下している。また、１ＧＨｚにお
けるμ”については、Ｂの含有量２ａｔ％まではＢの含
有量の増加に伴って徐々に低下しているが、２ａｔ％を
超えるとＢの含有量の増加に伴って上昇していることが
わかる。これは、ＣｏをＢで置換するとき、Ｂの含有量
が増加するとＣｏの含有量が減少するので、飽和磁化が
低下し、これに伴ってμ’が低下する。また、アニール
処理することにより、アニール処理しない場合に比べて
μ’は低下するが、アニール処理により異方性磁界（Ｈ
k）が大きくなり、共鳴周波数が上がり高周波における
μ”が小さくなるからである。

【００３３】次に、種々のＢの組成比率におけるＣｏ−
Ｆｅ−Ｚｒ−Ｔａ−Ｂ系の合金膜の磁場中でアモルファ
スを安定化するためのアニール処理（熱処理）を行った
後の組織の状態をＸ線回折により調べた。その結果を図
１０に示す。図１０は、Ｃｏ _80-zＦｅ₈Ｚｒ₂Ｔａ₁₀Ｂ_z
で示される合金膜（ｚ＝０、２）で示される合金膜にお
けるＸ線回折の結果を示すグラフである。

【００３４】図１０に示した結果からＣｏ₈₀Ｆｅ₈Ｚｒ₂
Ｔａ₁₀で示される合金膜は、２θ＝゜付近に結晶の析出
を示すピークが観察され、結晶相とアモルファス相から
なることがわかる。これに対してＢの含有量を２ａｔ％
としたＣｏ₇₈Ｆｅ₈Ｚｒ₂Ｔａ₁₀Ｂ₂膜の回折線は、ブロ
ードであり、アモルファス相からなることがわかる。こ
れらのことからＣｏ₈₀Ｆｅ₈Ｚｒ₂Ｔａ₁₀で示される合金
膜のＣｏをＢで置換することにより、磁場中アニール処
理しても、組織の状態をアモルファス状態のままで維持
することができることがわかる。従って図９乃至図１０
に示した結果からＣｏ₈₀Ｆｅ₈Ｚｒ₂Ｔａ₁₀で示される合
金膜にＢを添加すると、アニール処理してもアモルファ
ス状態のままで磁気特性を損なうことなく、異方性磁界
（Ｈk）を増大でき、高周波におけるμ’を大きくし
て、μ”を小さくできる。また、Ｃｏ_80-zＦｅ₈Ｚｒ₂Ｔ
ａ₁₀Ｂ_zで示される合金膜において、Ｂの過剰な添加
は、飽和磁化が小さくなり、μ’を劣化させるので、７
ａｔ％以下とするのがより好ましい。

【００３５】次に、Ｃｏ₇₉Ｆｅ₉Ｚｒ₂Ｔａ₁₀で示される
合金膜の高周波特性を、これまで知られている主な非晶
質合金膜であるＣｏ₈₉Ｚｒ₆Ｔａ₅膜、Ｃｏ₉₀Ｈｆ₅Ｔａ₅
膜、Ｃｏ₈₅Ｚｒ₆Ｎｂ₉膜、酸化物ナノ結晶磁性膜である
Ｆｅ₆₁Ｈｆ₁₃Ｏ₂₆膜と比較した結果を下記表１に示す。
ここで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、磁化困難軸方向の測定結果であ
る。

【００３６】

【表１】

【００３７】表１に示した結果から従来のＣｏ₈₉Ｚｒ₆
Ｔａ₅膜、Ｃｏ₉₀Ｈｆ₅Ｔａ₅膜、Ｃｏ ₈₅Ｚｒ₆Ｎｂ₉膜
は、比抵抗が１０１〜１２２μΩｃｍであり、飽和磁化
が１．１〜１．３Ｔであり、異方性磁界が１．０〜１．
６ｋＡｍ^-1であり、共鳴周波数が１．０〜１．４ＧＨｚ
である。また、１００ＭＨｚにおける複素透磁率の実数
部は、６１２〜８７２と高く、虚数部は１２から３５と
低いため、１００ＭＨｚにおける性能係数は２５〜５０
と高くなっており、１ＧＨｚにおける複素透磁率の実数
部は、８９〜３４６であり、虚数部は４９２から８６６
と実数部よりも高くなっているため、１ＧＨｚにおける
性能係数は０．１〜０．７と低くなっていることがわか
る。

【００３８】また、従来のＦｅ₆₁Ｈｆ₁₃Ｏ₂₆膜は、比抵
抗が６３０μΩｃｍと高く、飽和磁化が１．３Ｔであ
り、異方性磁界が１．２ｋＡｍ^-1であり、共鳴周波数が
１．２ＧＨｚである。また、１００ＭＨｚにおける複素
透磁率の実数部は、７００と高く、虚数部は２７と低い
ため、１００ＭＨｚにおける性能係数は２６と高くなっ
ており、１ＧＨｚにおける複素透磁率の実数部は８６６
であり、虚数部は１１６２と実数部よりも高くなってい
るため、１ＧＨｚにおける性能係数は０．７と低くなっ
ていることがわかる。

【００３９】これに対して本発明の実施例のＣｏ₇₉Ｆｅ
₉Ｚｒ₂Ｔａ₁₀で示される合金膜は、比抵抗が１２５μΩ
ｃｍであり、Ｆｅ₆₁Ｈｆ₁₃Ｏ₂₆膜よりは低いが、Ｃｏ₈₉
Ｚｒ ₆Ｔａ₅膜、Ｃｏ₉₀Ｈｆ₅Ｔａ₅膜、Ｃｏ₈₅Ｚｒ₆Ｎｂ₉
膜よりは高い比抵抗が得られている。また、本実施例の
合金膜は、飽和磁化が１．１Ｔであり、上記のＣｏ₈₉Ｚ
ｒ₆Ｔａ₅膜やＦｅ₆₁Ｈｆ₁₃Ｏ₂₆膜等の従来のものと同等
の飽和磁化が得られている。また、本実施例の合金膜
は、異方性磁界が２．９ｋＡｍ^-1であり、また、共鳴周
波数も１．８ＧＨｚであり、上記の従来のものに比べて
異方性磁界ならびに共鳴周波数が高いことがわかる。ま
た、本実施例の合金膜は、１００ＭＨｚにおける複素透
磁率の実数部は、３１４であり、虚数部は２４と低いた
め、１００ＭＨｚにおける性能係数は２４であり、上記
の従来のものと同等あるいはやや低い程度となっている
が、１ＧＨｚにおける複素透磁率の実数部は、３２７で
あり、虚数部は１９１と実数部よりも低くなっているた
め、１ＧＨｚにおける性能係数は１．７であり、上記の
従来のものより２．４倍から１７倍の値が得られてお
り、高周波特性が優れていることがわかる。

【００４０】また、Ｃｏ₈₀Ｆｅ₈Ｚｒ₂Ｔａ₁₀で示される
合金膜の複素透磁率の実数部（μ’）と性能係数（Ｑ）
の周波数特性を、これまで知られている主な合金系軟磁
性薄膜としてのＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ−Ｈｆ−Ｃ、Ｆｅ−Ａ
ｌ−Ｓｉ、Ｎｉ−Ｆｅ、酸化物ナノ結晶磁性膜としての
Ｆｅ₆₁Ｈｆ₁₃Ｏ₂₆膜、Ｆｅ₆₂Ｈｆ₁₁Ｏ₂₇膜と比較した結
果を図１１に示す。ここで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、Ｆｅ₆₂Ｈｆ
₁₁Ｏ₂₇膜は静磁界を印加しながら成膜した直後の状態で
あり、いずれも磁化困難軸方向の測定結果である。

【００４１】図１１に示した結果から従来の合金系軟磁
性薄膜は、１ＭＨｚ付近のμ’は高いが、比抵抗が小さ
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。また、Ｑ値は、数十ＭＨｚ以上の高
周波領域において低い値を示していることがわかる。ま
た、従来のＦｅ₆₁Ｈｆ₁₃Ｏ₂₆膜、Ｆｅ₆₂Ｈｆ₁₁Ｏ₂₇膜
は、１ＭＨｚ付近のμ’は従来の合金系軟磁性薄膜と同
等以下であり、Ｆｅ₆₁Ｈｆ₁₃Ｏ₂₆膜のμ’は１００ＭＨ
ｚを超えると急激に低下しており、Ｆｅ₆₂Ｈｆ₁₁Ｏ₂₇膜
のμ’は数百ＭＨｚを超えると急激に低下している。ま
た、Ｆｅ₆₂Ｈｆ₁₁Ｏ₂₇膜のＱ値は数十ＭＨｚ付近の領域
において高い値を示しているが、１００ＭＨｚ以上の高
周波数領域において低い値を示していることがわかる。

【００４２】これに対して本実施例のＣｏ₈₀Ｆｅ₈Ｚｒ₂
Ｔａ₁₀で示される合金膜のμ’は、数百ＭＨｚ以上で
は、従来の合金系軟磁性薄膜やＦｅ₆₂Ｈｆ₁₁Ｏ₂₇膜より
高く、また、μ’は１０ＭＨｚ〜１０００ＭＨｚまで殆
ど一定であることから、１０００ＭＨｚ以上の高周波領
域においてもμ’は急激には低下せず、高い値を示すこ
とが考えられ、１０００ＭＨｚ以上では従来のＦｅ₆₁Ｈ
ｆ₁₃Ｏ₂₆膜よりも高い値を示すと考えられる。また、本
実施例の合金膜のＱ値は、数十ＭＨｚ以上では、従来の
合金系軟磁性薄膜やＦｅ₆₂Ｈｆ₁₁Ｏ₂₇膜より高く、数百
ＭＨｚ以上、特に１０００ＭＨｚ以上では従来のＦｅ₆₁
Ｈｆ₁₃Ｏ₂₆膜より高いＱ値を示しており、高周波特性が
優れていることがわかる。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように本発明の高周波用Ｃ
ｏ基金属アモルファス磁性膜にあっては、Ｃｏを主成分
とし、Ｆｅと、Ｚｒ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｗ，
Ｖ，Ｔｉから選択される１種または２種以上の元素を含
み、さらに好ましくはＱはＢ，Ｐ，Ｃから選択される１
種または２種以上の元素を含む非晶質相を主体としてな
るものであるので、Ｃｏ、Ｆｅと、上記元素Ｍと、上記
元素Ｑの添加量を変更し、さらに、上記元素Ｍと上記元
素Ｑについては、選択する元素を変更することにより、
飽和磁化（Ｉs）、比抵抗（ρ）、異方性磁界（Ｈk）を
制御して、周波数１００ＭＨｚでの複素透磁率の実数部
が３００以上で、かつ虚数部が２０以下であり、周波数
１ＧＨｚでの複素透磁率の実数部が３００以上で、かつ
虚数部が２００以下を示すことができ、高周波用などの
磁性材料として数１００ＭＨｚ以上の周波数帯域、特に
１ＧＨｚ以上の高周波帯域で透磁率が高いものが得られ
る。また、本発明の高周波用Ｃｏ基金属アモルファス磁
性膜を用いれば、１ＧＨｚ以上の高周波帯域でのＱの値
が大きく、損失の少ない磁心を提供できるので、トラン
ス、磁気ヘッド用のコア、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。

【００４４】また、本発明の高周波用Ｃｏ基金属アモル
ファス磁性膜は、スパッタ法により、上述のような高周
波特性が優れた磁性膜を再現性良く製造できるので、製
造が容易である。また、本発明の高周波用Ｃｏ基金属ア
モルファス磁性膜は、単層であっても、上述のように高
周波特性が優れているので、本発明のＣｏ基金属アモル
ファス磁性膜を用いて磁気素子を作製すると、厚みの薄
い磁気素子を提供できる。

【００４５】本発明の高周波用Ｃｏ基金属アモルファス
磁性膜を備えた磁気素子、平面型磁気素子、インダク
タ、トランスであれば、ＧＨｚ帯域での使用も可能であ
り、本発明の磁気素子をアンテナに適用したものや本発
明のインダクタにおいてはＧＨｚ帯域での損失の少ない
特性の優れたものを提供でき、また、本発明の磁気素子
を電波吸収体に用いたものにあっては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】 本発明の高周波用金属アモルファス磁性膜を
用いて作成された平面型磁気素子（インダクタ）の第１
の実施形態を示す平面図である。

【図２】 図１の１−１線断面図である。

【図３】 本発明の高周波用金属アモルファス磁性膜を
用いて作成された平面型磁気素子（インダクタ）の第２
の実施形態を示す断面図である。

【図４】 Ｃｏ_88-xＦｅ_xＺｒ₂Ｔａ₁₀（ｘ＝２０，２
５）で示される合金膜におけるＸ線回折の結果を示すグ
ラフである。

【図５】 Ｃｏ_88-xＦｅ_xＺｒ₂Ｔａ₁₀で示される合金膜
の１ＧＨｚにおける複素透磁率の実数部と虚数部のＦｅ
含有量依存性を示すグラフである。

【図６】 Ｃｏ_88-xＦｅ_xＺｒ₂Ｔａ₁₀で示される合金膜
の飽和磁化のＦｅ含有量依存性を示すグラフである。

【図７】 Ｃｏ_80-yＦｅ₈（Ｚｒ_0.17Ｔａ_0.83）_yで示さ
れる合金膜の１ＧＨｚにおける複素透磁率の実数部と虚
数部の元素Ｍの含有量依存性を示すグラフである。

【図８】 Ｃｏ_80-yＦｅ₈（Ｚｒ_0.17Ｔａ_0.83）_yで示さ
れる合金膜の飽和磁化の元素Ｍの含有量依存性を示すグ
ラフである。

【図９】 磁場中アニール処理後のＣｏ_80-zＦｅ₈Ｚｒ₂
Ｔａ₁₀Ｂ_zで示される合金膜の１ＧＨｚにおける複素透
磁率の実数部と虚数部のＢの含有量依存性を示すグラフ
である。

【図１０】 磁場中アニール処理後のＣｏ_80-zＦｅ₈Ｚ
ｒ₂Ｔａ₁₀Ｂ_zで示される合金膜（ｚ＝０、２）で示され
る合金膜のＸ線回折の結果を示すグラフである。

【図１１】 Ｃｏ₈₀Ｆｅ₈Ｚｒ₂Ｔａ₁₀で示される合金膜
の複素透磁率の実数部と性能係数の周波数特性を、これ
までの報告されている主な合金系軟磁性薄膜、酸化物ナ
ノ結晶磁性膜と比較した結果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）、１ａ，１０・
・・基板、２，１４・・・平面コイル、３，１３・・・絶縁膜、
４，１２，１６・・・高周波用金属アモルファス磁性膜
（高周波用Ｃｏ基金属アモルファス磁性膜）、５・・・ス
ルーホール、６・・・端子、１１・・・酸化膜。

フロントページの続き (72)発明者 水嶋 隆夫 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 (72)発明者 井上 明久 宮城県仙台市青葉区川内元支倉35番地 川 内住宅11−806 Ｆターム(参考） 5E049 AA04 AA09 AC01 BA14 5E070 AA01 AB07 BA20 BB02 CB12

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｃｏを主成分とし、Ｆｅと、Ｚｒ，Ｈ
   ｆ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｗ，Ｖ，Ｔｉから選択される１
   種または２種以上の元素を含む非晶質相を主体としてな
   り、周波数１００ＭＨｚでの複素透磁率の実数部が３０
   ０以上で、かつ虚数部が２０以下であり、周波数１ＧＨ
   ｚでの複素透磁率の実数部が３００以上で、かつ虚数部
   が２００以下を示すことを特徴とする高周波用Ｃｏ基金
   属アモルファス磁性膜。
2. 【請求項２】 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Ｃｏ基金属アモルファス磁性膜。 Ｃｏ_100-x-y-zＦｅ_xＭ_yＱ_z ただし、ＭはＺｒ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｗ，Ｖ，
   Ｔｉから選択される１種または２種以上の元素であり、
   ＱはＢ，Ｐ，Ｃから選択される１種または２種以上の元
   素であり、組成比を示すｘ，ｙ，ｚはａｔ％で、ｘ≦２
   ０、５≦ｙ≦２０、ｚ≦１２の関係を満足する。
3. 【請求項３】 前記組成比ｘ，ｙ，ｚはａｔ％で、５≦
   ｘ≦１０、１０≦ｙ≦２０、ｚ≦７であることを特徴と
   する請求項２記載の高周波用Ｃｏ基金属アモルファス磁
   性膜。
4. 【請求項４】 単層膜であることを特徴とする請求項１
   〜３のいずれかに記載の高周波用Ｃｏ基金属アモルファ
   ス磁性膜。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれかに記載の高周波
   用Ｃｏ基金属アモルファス磁性膜を有することを特徴と
   する磁気素子。
6. 【請求項６】 請求項１〜４のいずれかに記載の高周波
   用Ｃｏ基金属アモルファス磁性膜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。
7. 【請求項７】 請求項６記載の平面型磁気素子を用いた
   インダクタ。
8. 【請求項８】 請求項６記載の平面型磁気素子を用いた
   トランス。