JP2001237119A - 永久磁石薄膜およびその製造方法 - Google Patents
永久磁石薄膜およびその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 金属組織を制御することで実現する、高い保
磁力と高い残留磁束密度を併せ持った高性能永久磁石薄
膜材料とその製造方法を提供し、さらに当該永久磁石薄
膜を用いることで実現する応用製品を供する。 【解決手段】 高融点金属層２、４、６、８、および１
０と希土類合金磁性層３、５、７、９、１１、および１
２とを交互に積層し、４層以上の積層構造を基板上に形
成する。高融点金属層２、４、６、８、および１０は、
Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、およ
びＷからなる群から選択された少なくとも１種類の材料
から形成され、５ｎｍ以上５０ｎｍ以下の厚さを有す
る。希土類合金磁性層３、５、７、９、１１、および１
２は、主たる構成相が正方晶Ｒ2Ｆｅ1 4Ｂ（ＲはＮｄお
よび／またはＰｒ）であり、５０ｎｍ以上５００ｎｍ以
下の厚さを有している。
磁力と高い残留磁束密度を併せ持った高性能永久磁石薄
膜材料とその製造方法を提供し、さらに当該永久磁石薄
膜を用いることで実現する応用製品を供する。 【解決手段】 高融点金属層２、４、６、８、および１
０と希土類合金磁性層３、５、７、９、１１、および１
２とを交互に積層し、４層以上の積層構造を基板上に形
成する。高融点金属層２、４、６、８、および１０は、
Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、およ
びＷからなる群から選択された少なくとも１種類の材料
から形成され、５ｎｍ以上５０ｎｍ以下の厚さを有す
る。希土類合金磁性層３、５、７、９、１１、および１
２は、主たる構成相が正方晶Ｒ2Ｆｅ1 4Ｂ（ＲはＮｄお
よび／またはＰｒ）であり、５０ｎｍ以上５００ｎｍ以
下の厚さを有している。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、永久磁石薄膜およ
びその製造方法に関する。特に、本発明は、小型モー
タ、マイクロアクチュエータ、磁気抵抗素子へのバイア
ス磁界印加素子、磁気記録媒体等に好適に用いられる永
久磁石薄膜に関する。
びその製造方法に関する。特に、本発明は、小型モー
タ、マイクロアクチュエータ、磁気抵抗素子へのバイア
ス磁界印加素子、磁気記録媒体等に好適に用いられる永
久磁石薄膜に関する。
【０００２】
【従来の技術】各種電気機器の小型化が進む中で、永久
磁石薄膜を用いたマイクロモータやマイクロアクチュエ
ータなどの開発が進められている。この種のデバイスの
サイズや性能は、永久磁石薄膜の磁気特性に左右され
る。このため、永久磁石薄膜の材料として、最大磁気エ
ネルギー積の高いＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石材料やＳｍ−Ｃ
ｏ系磁石材料が注目され、その研究開発が盛んに行われ
ている。なかでも、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石材料の主相を
構成する正方晶Ｎｄ2Ｆｅ14Ｂ化合物は、その飽和磁化
がＳｍＣｏ5やＳｍ2Ｃｏ17の飽和磁化よりも大きいた
め、高性能永久磁石薄膜の材料として注目されている。
磁石薄膜を用いたマイクロモータやマイクロアクチュエ
ータなどの開発が進められている。この種のデバイスの
サイズや性能は、永久磁石薄膜の磁気特性に左右され
る。このため、永久磁石薄膜の材料として、最大磁気エ
ネルギー積の高いＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石材料やＳｍ−Ｃ
ｏ系磁石材料が注目され、その研究開発が盛んに行われ
ている。なかでも、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石材料の主相を
構成する正方晶Ｎｄ2Ｆｅ14Ｂ化合物は、その飽和磁化
がＳｍＣｏ5やＳｍ2Ｃｏ17の飽和磁化よりも大きいた
め、高性能永久磁石薄膜の材料として注目されている。
【０００３】しかし、バルク状永久磁石の場合、最大エ
ネルギー積が４００ｋＪ／ｍ3を超えるＮｄ−Ｆｅ−Ｂ
系磁石が作製され、商品化されているのに対し、正方晶
Ｎｄ 2Ｆｅ14Ｂ化合物を主体とする永久磁石薄膜は、磁
化および保磁力の両立を向上させることが困難であるた
め、現在、実用化に至っていない状況にある。
ネルギー積が４００ｋＪ／ｍ3を超えるＮｄ−Ｆｅ−Ｂ
系磁石が作製され、商品化されているのに対し、正方晶
Ｎｄ 2Ｆｅ14Ｂ化合物を主体とする永久磁石薄膜は、磁
化および保磁力の両立を向上させることが困難であるた
め、現在、実用化に至っていない状況にある。
【０００４】永久磁石薄膜の場合に、磁化および保磁力
の両方を向上させることが困難である原因のひとつは、
薄膜堆積技術によって形成したＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石の
磁気異方性が粉末冶金的手法等の方法によって作製され
たバルク状永久磁石に比較して低い点にある。
の両方を向上させることが困難である原因のひとつは、
薄膜堆積技術によって形成したＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石の
磁気異方性が粉末冶金的手法等の方法によって作製され
たバルク状永久磁石に比較して低い点にある。
【０００５】粉末冶金法による場合は、磁石粉末の成形
体を作製する際、磁界中で磁石粉末の配向を実行した
り、すべり変形を利用することによって、比較的容易に
強い磁気的な異方性を材料に付与することが可能であ
る。
体を作製する際、磁界中で磁石粉末の配向を実行した
り、すべり変形を利用することによって、比較的容易に
強い磁気的な異方性を材料に付与することが可能であ
る。
【０００６】薄膜堆積技術による場合、結晶成長の異方
性を利用した垂直磁化膜の製作例が例えばＦ．Ｊ．Ｃａ
ｄｉｅｕ，ｅｔ ａｌ，ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ． Ｍａ
ｇｎ． ２２（１９８６）ｐ．７５２等に開示されてい
る。しかし、その技術的な完成度は粉末冶金法で用いら
れている異方性化技術の水準に達していないと考えられ
る。
性を利用した垂直磁化膜の製作例が例えばＦ．Ｊ．Ｃａ
ｄｉｅｕ，ｅｔ ａｌ，ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ． Ｍａ
ｇｎ． ２２（１９８６）ｐ．７５２等に開示されてい
る。しかし、その技術的な完成度は粉末冶金法で用いら
れている異方性化技術の水準に達していないと考えられ
る。
【０００７】また、Ｋ．Ｄ．Ａｙｅｌｓｗｏｒｔｈ ｅ
ｔ ａｌ．, Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆＭａｇｎｅｔｉｓｍ
ａｎｄ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ８
２（１９８９）ｐ．４８に開示されているように、正方
晶Ｒ2Ｆｅ14Ｂ化合物を主相とする薄膜には、しばしば
希土類金属酸化物などの意図しない不純物相の混入や生
成が発生する。このことも、永久磁石薄膜の特性改善を
阻む要因となっている。
ｔ ａｌ．, Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆＭａｇｎｅｔｉｓｍ
ａｎｄ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ８
２（１９８９）ｐ．４８に開示されているように、正方
晶Ｒ2Ｆｅ14Ｂ化合物を主相とする薄膜には、しばしば
希土類金属酸化物などの意図しない不純物相の混入や生
成が発生する。このことも、永久磁石薄膜の特性改善を
阻む要因となっている。
【０００８】このため、永久磁石薄膜の特性改善を意図
した種々の試みがなされてきた。例えば、特開平７−６
９１６号公報は、希土類合金磁性薄膜の上に保護膜を配
した永久磁石薄膜を開示している。また特開平９−２１
９３１３号公報は、希土類合金磁性薄膜の上下に保護膜
を配した永久磁石薄膜を開示している。
した種々の試みがなされてきた。例えば、特開平７−６
９１６号公報は、希土類合金磁性薄膜の上に保護膜を配
した永久磁石薄膜を開示している。また特開平９−２１
９３１３号公報は、希土類合金磁性薄膜の上下に保護膜
を配した永久磁石薄膜を開示している。
【０００９】これらの保護膜は、希土類合金磁性薄膜と
大気または基板との間での反応を防止し、それによって
希土類合金磁性薄膜の磁気特性が劣化しないようにする
機能を発揮している。
大気または基板との間での反応を防止し、それによって
希土類合金磁性薄膜の磁気特性が劣化しないようにする
機能を発揮している。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術では、希土類合金磁性膜と基板または大気とが直
接に接触することによって生じる反応を抑制し、そのよ
うな反応に起因する磁性膜の変質を防止することを目的
としていたため、希土類合金磁性膜の金属組織が充分に
制御されていなかった。そのため、保磁力は、正方晶Ｒ
2Ｆｅ14Ｂ化合物が本来持つ結晶磁気異方性エネルギー
から期待される値よりも低く、また、十分な残留磁束密
度も得られていない。
来技術では、希土類合金磁性膜と基板または大気とが直
接に接触することによって生じる反応を抑制し、そのよ
うな反応に起因する磁性膜の変質を防止することを目的
としていたため、希土類合金磁性膜の金属組織が充分に
制御されていなかった。そのため、保磁力は、正方晶Ｒ
2Ｆｅ14Ｂ化合物が本来持つ結晶磁気異方性エネルギー
から期待される値よりも低く、また、十分な残留磁束密
度も得られていない。
【００１１】永久磁石薄膜を実用化するためには、その
エネルギー積を現状よりも向上させる必要がある。その
ためには、堆積した希土類合金磁性層の金属組織を制御
し、その磁気異方性を更に向上させる必要がある。
エネルギー積を現状よりも向上させる必要がある。その
ためには、堆積した希土類合金磁性層の金属組織を制御
し、その磁気異方性を更に向上させる必要がある。
【００１２】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
のであり、その目的とするところは、金属組織を制御す
ることによって高い保磁力と高い残留磁束密度を併せ持
つ高性能永久磁石薄膜を提供することにある。また、本
発明の他の目的は、そのような永久磁石薄膜を用いた回
転機および磁気記録媒体を提供することにある。
のであり、その目的とするところは、金属組織を制御す
ることによって高い保磁力と高い残留磁束密度を併せ持
つ高性能永久磁石薄膜を提供することにある。また、本
発明の他の目的は、そのような永久磁石薄膜を用いた回
転機および磁気記録媒体を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明による永久磁石薄
膜は、高融点金属層と希土類合金磁性層とが交互に積層
された４層以上の積層構造を備えた永久磁石薄膜であっ
て、前記高融点金属層は、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎ
ｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、およびＷからなる群から選択さ
れた少なくとも１種類の材料から形成されており、５ｎ
ｍ以上５０ｎｍ以下の厚さを有し、前記希土類合金磁性
層は、主たる構成相が正方晶Ｒ2Ｆｅ14Ｂ（ＲはＮｄお
よび／またはＰｒ）であり、５０ｎｍ以上５００ｎｍ以
下の厚さを有していることを特徴とする。
膜は、高融点金属層と希土類合金磁性層とが交互に積層
された４層以上の積層構造を備えた永久磁石薄膜であっ
て、前記高融点金属層は、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎ
ｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、およびＷからなる群から選択さ
れた少なくとも１種類の材料から形成されており、５ｎ
ｍ以上５０ｎｍ以下の厚さを有し、前記希土類合金磁性
層は、主たる構成相が正方晶Ｒ2Ｆｅ14Ｂ（ＲはＮｄお
よび／またはＰｒ）であり、５０ｎｍ以上５００ｎｍ以
下の厚さを有していることを特徴とする。
【００１４】好ましい実施形態では、前記希土類合金磁
性層が磁気異方性を有している。
性層が磁気異方性を有している。
【００１５】前記希土類合金磁性層の面内方向の残留磁
束密度（Ｂr1）に対する前記面内方向に垂直な方向の残
留磁束密度（Ｂr2）の比（Ｂr2／Ｂr1）が２以上である
ことが好ましい。
束密度（Ｂr1）に対する前記面内方向に垂直な方向の残
留磁束密度（Ｂr2）の比（Ｂr2／Ｂr1）が２以上である
ことが好ましい。
【００１６】前記積層構造に含まれる前記希土類合金磁
性層の数は３以上であることが好ましい。
性層の数は３以上であることが好ましい。
【００１７】前記積層構造に含まれる前記希土類合金磁
性層の合計厚さ（ｔm）に対する高融点金属層の合計厚
さ（ｔn）の比率（ｔn／ｔm）が、０．０１≦（ｔn／ｔ
m）≦０．３を満足することが好ましい。
性層の合計厚さ（ｔm）に対する高融点金属層の合計厚
さ（ｔn）の比率（ｔn／ｔm）が、０．０１≦（ｔn／ｔ
m）≦０．３を満足することが好ましい。
【００１８】ある好ましい実施形態では、前記積層構造
を支持する基板と前記積層構造との間に、緩衝層が形成
されている。
を支持する基板と前記積層構造との間に、緩衝層が形成
されている。
【００１９】好ましい実施形態では、前記緩衝層が、Ｔ
ｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、および
Ｗからなる群から選択された少なくとも１種類の材料か
ら形成されている。
ｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、および
Ｗからなる群から選択された少なくとも１種類の材料か
ら形成されている。
【００２０】好ましい実施形態では、前記積層構造の最
上層に保護層が形成される。
上層に保護層が形成される。
【００２１】前記保護層は、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎ
ｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、およびＷからなる群から選択さ
れた少なくとも１種類の材料から形成されているもので
あってもよい。
ｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、およびＷからなる群から選択さ
れた少なくとも１種類の材料から形成されているもので
あってもよい。
【００２２】本発明による永久磁石薄膜の製造方法は、
３００℃以上の融点を有する材料から形成された基板を
用意する工程と、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、
Ｈｆ、Ｔａ、およびＷからなる群から選択された少なく
とも１種類の材料から形成され、５ｎｍ以上５０ｎｍ以
下の厚さを有する高融点金属層と、主たる構成相が正方
晶Ｒ2Ｆｅ14Ｂ（ＲはＮｄおよび／またはＰｒ）であ
り、５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の厚さを有する希土類
合金磁性層とが交互に積層された４層以上の積層構造を
前記基板上に形成する工程とを包含する。
３００℃以上の融点を有する材料から形成された基板を
用意する工程と、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、
Ｈｆ、Ｔａ、およびＷからなる群から選択された少なく
とも１種類の材料から形成され、５ｎｍ以上５０ｎｍ以
下の厚さを有する高融点金属層と、主たる構成相が正方
晶Ｒ2Ｆｅ14Ｂ（ＲはＮｄおよび／またはＰｒ）であ
り、５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の厚さを有する希土類
合金磁性層とが交互に積層された４層以上の積層構造を
前記基板上に形成する工程とを包含する。
【００２３】ある好ましい実施形態では、前記積層構造
を前記基板上に形成する工程において、前記基板の温度
を３００℃以上８００℃以下の範囲に調整しながら前記
希土類合金磁性層を形成する。
を前記基板上に形成する工程において、前記基板の温度
を３００℃以上８００℃以下の範囲に調整しながら前記
希土類合金磁性層を形成する。
【００２４】前記積層構造を前記基板上に形成する工程
において、前記基板の温度を３００℃未満に調整しなが
ら前記希土類合金磁性層を形成し、前記積層構造を前記
基板上に形成した後、前記積層構造を４００℃以上８０
０℃以下の温度に加熱するようにしてもよい。
において、前記基板の温度を３００℃未満に調整しなが
ら前記希土類合金磁性層を形成し、前記積層構造を前記
基板上に形成した後、前記積層構造を４００℃以上８０
０℃以下の温度に加熱するようにしてもよい。
【００２５】好ましい実施形態では、前記積層構造の形
成中または形成後に、前記積層構造に対して磁界を印加
する工程を包含している。
成中または形成後に、前記積層構造に対して磁界を印加
する工程を包含している。
【００２６】本発明による回転機は、上記の何れかの永
久磁石薄膜を備えていることを特徴とする。
久磁石薄膜を備えていることを特徴とする。
【００２７】本発明による磁気記録媒体は、上記の何れ
かの永久磁石薄膜を備えていることを特徴とする。
かの永久磁石薄膜を備えていることを特徴とする。
【００２８】
【発明の実施の形態】本発明者は、主たる構成相が正方
晶Ｒ2Ｆｅ14Ｂ化合物（ＲはＮｄおよび／またはＰｒ）
であるＲ−Ｆｅ−Ｂ系合金層と、高融点金属からなる層
とを交互に重ねた種々の積層膜について、永久磁石特性
の検討を行った。その結果、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系合金層の金
属組織は、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系合金層の上下に配置された高
融点金属層の種類やＲ−Ｆｅ−Ｂ系合金層自身の厚さに
よって強く影響されることを見出し、本発明を想到する
に至った。
晶Ｒ2Ｆｅ14Ｂ化合物（ＲはＮｄおよび／またはＰｒ）
であるＲ−Ｆｅ−Ｂ系合金層と、高融点金属からなる層
とを交互に重ねた種々の積層膜について、永久磁石特性
の検討を行った。その結果、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系合金層の金
属組織は、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系合金層の上下に配置された高
融点金属層の種類やＲ−Ｆｅ−Ｂ系合金層自身の厚さに
よって強く影響されることを見出し、本発明を想到する
に至った。
【００２９】本発明による永久磁石薄膜は、高融点金属
層と希土類合金磁性層とが交互に積層された４層以上の
積層構造を備えた永久磁石薄膜である。高融点金属層
は、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、
およびＷからなる群から選択された少なくとも１種類の
材料から形成されており、５ｎｍ以上５０ｎｍ以下の厚
さを有している。また、希土類合金磁性層は、主たる構
成相が正方晶Ｒ2Ｆｅ14Ｂであり、５０ｎｍ以上５００
ｎｍ以下の厚さを有している。ここで、Ｒは、Ｎｄ、Ｐ
ｒ、またはＮｄとＰｒの両方を含むものである。Ｆｅの
一部は、ＣｏやＮｉ等の遷移金属元素と置換していても
良い。
層と希土類合金磁性層とが交互に積層された４層以上の
積層構造を備えた永久磁石薄膜である。高融点金属層
は、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、
およびＷからなる群から選択された少なくとも１種類の
材料から形成されており、５ｎｍ以上５０ｎｍ以下の厚
さを有している。また、希土類合金磁性層は、主たる構
成相が正方晶Ｒ2Ｆｅ14Ｂであり、５０ｎｍ以上５００
ｎｍ以下の厚さを有している。ここで、Ｒは、Ｎｄ、Ｐ
ｒ、またはＮｄとＰｒの両方を含むものである。Ｆｅの
一部は、ＣｏやＮｉ等の遷移金属元素と置換していても
良い。
【００３０】本発明者は、上記のような積層構造を採用
することによって、薄膜でありながらも、強い垂直磁気
異方性と高い保磁力の両方を達成した永久磁石を作製で
きることを見出した。
することによって、薄膜でありながらも、強い垂直磁気
異方性と高い保磁力の両方を達成した永久磁石を作製で
きることを見出した。
【００３１】以下、図１を参照しながら、本発明の永久
磁石薄膜について、その好ましい実施形態を詳細に説明
する。図１は、本実施形態における永久磁石薄膜の断面
構成を示している。
磁石薄膜について、その好ましい実施形態を詳細に説明
する。図１は、本実施形態における永久磁石薄膜の断面
構成を示している。
【００３２】図１に示される永久磁石薄膜は、高融点金
属層２、４、６、８、および１０と希土類合金磁性層
３、５、７、９、および１１とが交互に積層された１０
層の積層構造を備えており、この積層構造が基板１の上
に設けられている。
属層２、４、６、８、および１０と希土類合金磁性層
３、５、７、９、および１１とが交互に積層された１０
層の積層構造を備えており、この積層構造が基板１の上
に設けられている。
【００３３】高融点金属層２、４、６、８、および１０
は、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、
およびＷからなる群から選択された少なくとも１種類の
材料から形成されており、５ｎｍ以上５０ｎｍ以下の厚
さを有している。
は、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、
およびＷからなる群から選択された少なくとも１種類の
材料から形成されており、５ｎｍ以上５０ｎｍ以下の厚
さを有している。
【００３４】希土類合金磁性層３、５、７、９、および
１１の主たる構成相は、正方晶Ｒ2Ｆｅ14Ｂ（ＲはＮｄ
および／またはＰｒ）であり、その厚さは５０ｎｍ以上
５００ｎｍ以下に調整されている。本永久磁石において
は、このハード磁性相である正方晶Ｒ2Ｆｅ14Ｂ化合物
が磁気的性質を主に担う。なお、高保磁力を有する永久
磁石薄膜が必要とされる場合、各希土類合金磁性層の特
に好ましい厚さは、５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であ
る。また、積層構造中の希土類合金磁性層の数は３以上
であることが好ましい。
１１の主たる構成相は、正方晶Ｒ2Ｆｅ14Ｂ（ＲはＮｄ
および／またはＰｒ）であり、その厚さは５０ｎｍ以上
５００ｎｍ以下に調整されている。本永久磁石において
は、このハード磁性相である正方晶Ｒ2Ｆｅ14Ｂ化合物
が磁気的性質を主に担う。なお、高保磁力を有する永久
磁石薄膜が必要とされる場合、各希土類合金磁性層の特
に好ましい厚さは、５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であ
る。また、積層構造中の希土類合金磁性層の数は３以上
であることが好ましい。
【００３５】上記の積層構造中において、上下に重なり
合う２つの希土類合金磁性層（例えば、磁性層３と磁性
層５）の間には、必ず、薄い高融点金属層（例えば、高
融点金属層４）が設けられている。本実施形態では、最
下層に位置する希土類合金磁性層３と基板１との間に
も、高融点金属層２が存在しているが、この高融点金属
層２は省略しても良い。また、図１の例では、最上層に
位置する希土類合金磁性層１１上には高融点金属層が形
成されていないが、この希土類合金磁性層１１上に他の
高融点金属層を設けても良い。
合う２つの希土類合金磁性層（例えば、磁性層３と磁性
層５）の間には、必ず、薄い高融点金属層（例えば、高
融点金属層４）が設けられている。本実施形態では、最
下層に位置する希土類合金磁性層３と基板１との間に
も、高融点金属層２が存在しているが、この高融点金属
層２は省略しても良い。また、図１の例では、最上層に
位置する希土類合金磁性層１１上には高融点金属層が形
成されていないが、この希土類合金磁性層１１上に他の
高融点金属層を設けても良い。
【００３６】希土類合金磁性層の磁気異方性を向上させ
るという観点からは、高融点金属層の材料は任意では無
く、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、
およびＷからなる群から選択された少なくとも１種類の
材料から形成されている必要がある。希土類合金磁性層
中のＲ2Ｆｅ14Ｂ化合物は、堆積時または熱処理時に、
上記の材料から形成された高融点金属層と接している
と、その磁化容易軸を基板面に対して垂直な方向に配向
させる傾向がある。言いかえると、上記の高融点金属層
は、希土類合金磁性層の磁気異方性を高め、面に垂直な
残留磁束密度Ｂrを向上させる機能を有している。
るという観点からは、高融点金属層の材料は任意では無
く、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、
およびＷからなる群から選択された少なくとも１種類の
材料から形成されている必要がある。希土類合金磁性層
中のＲ2Ｆｅ14Ｂ化合物は、堆積時または熱処理時に、
上記の材料から形成された高融点金属層と接している
と、その磁化容易軸を基板面に対して垂直な方向に配向
させる傾向がある。言いかえると、上記の高融点金属層
は、希土類合金磁性層の磁気異方性を高め、面に垂直な
残留磁束密度Ｂrを向上させる機能を有している。
【００３７】更に、これらの高融点金属層４、６、８、
および１０は、永久磁石薄膜中の希土類合金を膜厚方向
に分断することによって、正方晶Ｒ2Ｆｅ14Ｂ化合物の
結晶成長を抑えるように働く。その結果、希土類合金磁
性層３、５、７、９、および１１の各々においては微細
な金属組織が形成され、保磁力が向上することになる。
図２は、単一の希土類合金層１２を基板１上に形成した
従来の永久磁石薄膜の断面構成を示している。図１およ
び図２からわかるように、本実施形態の希土類合金磁性
層３、５、７、９、および１１の合計厚さは、図２の希
土類合金磁性層１２の厚さと略同じであるが、図１にお
ける希土類合金磁性層３、５、７、９、および１１の各
々は高融点金属層４、６、８、および１０の存在によっ
て分断されている。その結果、希土類合金磁性層３、
５、７、９、および１１において、正方晶Ｒ2Ｆｅ14Ｂ
化合物の結晶成長が抑制され、その結晶組織が充分に微
細化される。このことは、保磁力の増大に大いに寄与す
ることとなる。
および１０は、永久磁石薄膜中の希土類合金を膜厚方向
に分断することによって、正方晶Ｒ2Ｆｅ14Ｂ化合物の
結晶成長を抑えるように働く。その結果、希土類合金磁
性層３、５、７、９、および１１の各々においては微細
な金属組織が形成され、保磁力が向上することになる。
図２は、単一の希土類合金層１２を基板１上に形成した
従来の永久磁石薄膜の断面構成を示している。図１およ
び図２からわかるように、本実施形態の希土類合金磁性
層３、５、７、９、および１１の合計厚さは、図２の希
土類合金磁性層１２の厚さと略同じであるが、図１にお
ける希土類合金磁性層３、５、７、９、および１１の各
々は高融点金属層４、６、８、および１０の存在によっ
て分断されている。その結果、希土類合金磁性層３、
５、７、９、および１１において、正方晶Ｒ2Ｆｅ14Ｂ
化合物の結晶成長が抑制され、その結晶組織が充分に微
細化される。このことは、保磁力の増大に大いに寄与す
ることとなる。
【００３８】なお、高融点金属層２、４、６、８、およ
び１０の各々の厚さが５ｎｍを下回ると、上述した結晶
配向効果が十分に発現しないことがわかった。一方、高
融点金属層２、４、６、８、および１０の各々の厚さが
５０ｎｍを超えると、非磁性の高融点金属原子が希土類
合金磁性層中に多く溶け込み、磁性層の結晶磁気異方性
エネルギーを減少させてしまうおそれがあることもわか
った。
び１０の各々の厚さが５ｎｍを下回ると、上述した結晶
配向効果が十分に発現しないことがわかった。一方、高
融点金属層２、４、６、８、および１０の各々の厚さが
５０ｎｍを超えると、非磁性の高融点金属原子が希土類
合金磁性層中に多く溶け込み、磁性層の結晶磁気異方性
エネルギーを減少させてしまうおそれがあることもわか
った。
【００３９】また、上下の希土類合金磁性層によって挟
まれた高融点金属層４、６、８、および１０が厚くなり
すぎると、上下２層の希土類合金磁性層間の磁気的結合
が弱くなるため好ましくない。この磁気的結合の問題
は、高融点金属層が積層構造の最下層に位置している場
合や最上層に位置している場合には特に問題にならな
い。そのような位置にある高融点金属層は、むしろ保護
層としての機能が重要になるため、５０ｎｍを超える厚
さを有していても良い。
まれた高融点金属層４、６、８、および１０が厚くなり
すぎると、上下２層の希土類合金磁性層間の磁気的結合
が弱くなるため好ましくない。この磁気的結合の問題
は、高融点金属層が積層構造の最下層に位置している場
合や最上層に位置している場合には特に問題にならな
い。そのような位置にある高融点金属層は、むしろ保護
層としての機能が重要になるため、５０ｎｍを超える厚
さを有していても良い。
【００４０】なお、希土類合金磁性層の厚さに対する高
融点金属層の厚さの比率が大きくなりすぎると、Ｔｉ、
Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、およびＷが
強磁性や常磁性でないために積層膜全体の磁化が低下す
るので好ましくない。このため、ひとつの永久磁石薄膜
を構成する希土類合金磁性層３、５、７、９、および１
１の合計厚さ（ｔm）に対する高融点金属層２、４、
６、８、および１０の合計厚さ（ｔn）の比率（ｔn／ｔ
m）は、０．０１≦（ｔn／ｔm）≦０．３を満足するこ
とが好ましい。
融点金属層の厚さの比率が大きくなりすぎると、Ｔｉ、
Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、およびＷが
強磁性や常磁性でないために積層膜全体の磁化が低下す
るので好ましくない。このため、ひとつの永久磁石薄膜
を構成する希土類合金磁性層３、５、７、９、および１
１の合計厚さ（ｔm）に対する高融点金属層２、４、
６、８、および１０の合計厚さ（ｔn）の比率（ｔn／ｔ
m）は、０．０１≦（ｔn／ｔm）≦０．３を満足するこ
とが好ましい。
【００４１】Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系合金の三元状態図には、多
くの熱平衡相及び準安定相の存在が知られているが、本
発明の永久磁石薄膜では、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ合金層が主に正
方晶Ｒ2Ｆｅ14Ｂ化合物で構成されている。正方晶Ｒ2Ｆ
ｅ14Ｂ化合物は、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系合金三元系で知られて
いる化合物中、結晶磁気異方性エネルギーが最も大き
く、従って高い保磁力を実現する。このために、希土類
合金磁性層に占めるＲ2Ｆｅ14Ｂ化合物の割合は、でき
るだけ大きいことが望ましい。
くの熱平衡相及び準安定相の存在が知られているが、本
発明の永久磁石薄膜では、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ合金層が主に正
方晶Ｒ2Ｆｅ14Ｂ化合物で構成されている。正方晶Ｒ2Ｆ
ｅ14Ｂ化合物は、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系合金三元系で知られて
いる化合物中、結晶磁気異方性エネルギーが最も大き
く、従って高い保磁力を実現する。このために、希土類
合金磁性層に占めるＲ2Ｆｅ14Ｂ化合物の割合は、でき
るだけ大きいことが望ましい。
【００４２】また、保磁力は、Ｒ2Ｆｅ14Ｂ化合物の金
属組織や結晶粒子径にも依存することが知られている。
保磁力を向上させるには、結晶を微細化することによっ
て磁壁の移動を妨げることが望ましい。本発明による永
久磁石薄膜では、前述のように、希土類合金磁性層が高
融点金属層によって膜厚方向に分断されているため、正
方晶Ｒ2Ｆｅ14Ｂの結晶成長が各磁性層の厚さによって
制限される。故に、希土類合金磁性層を調整することに
よって、Ｒ2Ｆｅ14Ｂ化合物の結晶粒径を最適化し、保
磁力を増加させることができる。
属組織や結晶粒子径にも依存することが知られている。
保磁力を向上させるには、結晶を微細化することによっ
て磁壁の移動を妨げることが望ましい。本発明による永
久磁石薄膜では、前述のように、希土類合金磁性層が高
融点金属層によって膜厚方向に分断されているため、正
方晶Ｒ2Ｆｅ14Ｂの結晶成長が各磁性層の厚さによって
制限される。故に、希土類合金磁性層を調整することに
よって、Ｒ2Ｆｅ14Ｂ化合物の結晶粒径を最適化し、保
磁力を増加させることができる。
【００４３】前述したように、希土類合金磁性層が厚す
ぎると、正方晶Ｒ2Ｆｅ14Ｂ結晶粒が粗大化するため、
保磁力が低下し、また、結晶成長の配向性も乱れるた
め、磁化も低下してしまう。従って、各希土類合金磁性
層の厚さは５００ｎｍ以下であることが好ましい。一
方、各希土類合金磁性層の厚さが薄すぎると、積層構造
全体に占める非磁性層の存在比率が高くなる傾向がある
ため、積層構造全体の平均磁化レベルが低下するので好
ましくない。各希土類合金磁性層の厚さは５０ｎｍ以上
であることが好ましい。
ぎると、正方晶Ｒ2Ｆｅ14Ｂ結晶粒が粗大化するため、
保磁力が低下し、また、結晶成長の配向性も乱れるた
め、磁化も低下してしまう。従って、各希土類合金磁性
層の厚さは５００ｎｍ以下であることが好ましい。一
方、各希土類合金磁性層の厚さが薄すぎると、積層構造
全体に占める非磁性層の存在比率が高くなる傾向がある
ため、積層構造全体の平均磁化レベルが低下するので好
ましくない。各希土類合金磁性層の厚さは５０ｎｍ以上
であることが好ましい。
【００４４】以下、本発明による永久磁石薄膜の製造方
法の実施形態を説明する。
法の実施形態を説明する。
【００４５】まず、３００℃以上の融点を有する材料か
ら形成された基板を用意する。基板は、積層構造の形成
中、または、その後に、３００℃以上の熱処理を受ける
ことになる。そのため、基板の材料は、３００℃以上の
融点を持ち、上記の熱処理に耐える必要がある。更に、
基板は、薄膜形成中や加熱処理中に雰囲気ガスや堆積し
た材料と反応しにくく、化学的に安定な材料から形成さ
れていることが好ましい。このような基板として、Ｓｉ
ウェハ、Ｍｏ板、ステンレス、各種鋼鈑、サファイヤ
板、石英板、ガラス板、Ａｌ2Ｏ3−ＴｉＣ複合セラミッ
クス板などを好適に用いることができる。
ら形成された基板を用意する。基板は、積層構造の形成
中、または、その後に、３００℃以上の熱処理を受ける
ことになる。そのため、基板の材料は、３００℃以上の
融点を持ち、上記の熱処理に耐える必要がある。更に、
基板は、薄膜形成中や加熱処理中に雰囲気ガスや堆積し
た材料と反応しにくく、化学的に安定な材料から形成さ
れていることが好ましい。このような基板として、Ｓｉ
ウェハ、Ｍｏ板、ステンレス、各種鋼鈑、サファイヤ
板、石英板、ガラス板、Ａｌ2Ｏ3−ＴｉＣ複合セラミッ
クス板などを好適に用いることができる。
【００４６】なお、基板自身の材料が希土類合金磁性層
と反応しやすい場合でも、そのような反応を抑制する緩
衝層で基板上面を覆っていれば問題ない。そのような緩
衝層として、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈ
ｆ、Ｔａ、およびＷからなる群から選択された少なくと
も１種類の材料から形成された高融点金属層を用いても
良いし、他の安定な膜を用いて良い。なお、緩衝層の厚
さは、５０ｎｍ以下に制限されない。
と反応しやすい場合でも、そのような反応を抑制する緩
衝層で基板上面を覆っていれば問題ない。そのような緩
衝層として、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈ
ｆ、Ｔａ、およびＷからなる群から選択された少なくと
も１種類の材料から形成された高融点金属層を用いても
良いし、他の安定な膜を用いて良い。なお、緩衝層の厚
さは、５０ｎｍ以下に制限されない。
【００４７】本発明では、スパッタ法などの薄膜堆積技
術を用いて、高融点金属層と希土類合金磁性層とを交互
に積層させた構造を基板上に形成する。積層構造を基板
上に形成する工程において、基板の温度を３００℃以上
８００℃以下の範囲に調整する方法と、積層構造を基板
上に形成する工程では、基板の温度を３００℃未満に調
整し、積層構造を基板上に形成した後に、４００℃以上
８００℃以下の熱処理を行う方法の何れを採用しても良
い。
術を用いて、高融点金属層と希土類合金磁性層とを交互
に積層させた構造を基板上に形成する。積層構造を基板
上に形成する工程において、基板の温度を３００℃以上
８００℃以下の範囲に調整する方法と、積層構造を基板
上に形成する工程では、基板の温度を３００℃未満に調
整し、積層構造を基板上に形成した後に、４００℃以上
８００℃以下の熱処理を行う方法の何れを採用しても良
い。
【００４８】積層構造形成時における基板加熱方法は任
意であり、例えばシースヒータや赤外線ランプヒータに
よって直接または間接的に基板を加熱してもよい。ま
た、積層構造形成後に行う加熱処理は、永久磁石薄膜を
酸化しないように真空中または不活性ガス雰囲気中で実
行することが望ましい。この加熱処理の時間は、熱処理
温度によっても異なるが、例えば、熱処理温度が６００
℃のとき、０．２〜２時間程度の加熱処理を行うことが
好ましい。
意であり、例えばシースヒータや赤外線ランプヒータに
よって直接または間接的に基板を加熱してもよい。ま
た、積層構造形成後に行う加熱処理は、永久磁石薄膜を
酸化しないように真空中または不活性ガス雰囲気中で実
行することが望ましい。この加熱処理の時間は、熱処理
温度によっても異なるが、例えば、熱処理温度が６００
℃のとき、０．２〜２時間程度の加熱処理を行うことが
好ましい。
【００４９】希土類合金磁性層を構成する希土類金属、
または希土類金属を含む合金は、容易に酸化するため、
堆積工程は堆積装置内の雰囲気を高真空または不活性ガ
スとすることが望ましい。好ましい薄膜堆積方法として
は、スパッタ法の他、真空蒸着法やレーザーアブレーシ
ョン法などが挙げられる。これらの方法によって堆積さ
れた層の化学的、物理的、金属組織的特性は、堆積工程
時の諸条件に左右される。Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系合金は非晶質
化しやすいので、堆積時の基板温度を前述の範囲に制御
するか、または、堆積後の加熱処理によって、結晶化す
る必要がある。
または希土類金属を含む合金は、容易に酸化するため、
堆積工程は堆積装置内の雰囲気を高真空または不活性ガ
スとすることが望ましい。好ましい薄膜堆積方法として
は、スパッタ法の他、真空蒸着法やレーザーアブレーシ
ョン法などが挙げられる。これらの方法によって堆積さ
れた層の化学的、物理的、金属組織的特性は、堆積工程
時の諸条件に左右される。Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系合金は非晶質
化しやすいので、堆積時の基板温度を前述の範囲に制御
するか、または、堆積後の加熱処理によって、結晶化す
る必要がある。
【００５０】本発明の永久磁石薄膜を回転機などに応用
する場合は、基板材料は化学的に安定でしかもヨーク材
として適当な材料、例えば、珪素鋼鈑やパーマロイ板な
どを用いることが望ましい。
する場合は、基板材料は化学的に安定でしかもヨーク材
として適当な材料、例えば、珪素鋼鈑やパーマロイ板な
どを用いることが望ましい。
【００５１】本発明の永久磁石薄膜を磁気記録媒体に応
用する場合は、永久磁石薄膜の上にダイヤモンド状カー
ボンなどからなる保護膜を設けることが望ましい。この
記録媒体を垂直磁気記録用媒体として用いる場合は、永
久磁石薄膜と基板との間にＮｉ−Ｐやパーマロイ膜など
の裏打ち層を設けることが望ましい。
用する場合は、永久磁石薄膜の上にダイヤモンド状カー
ボンなどからなる保護膜を設けることが望ましい。この
記録媒体を垂直磁気記録用媒体として用いる場合は、永
久磁石薄膜と基板との間にＮｉ−Ｐやパーマロイ膜など
の裏打ち層を設けることが望ましい。
【００５２】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。
【００５３】（実施例１）本実施例では、まず、５５０
℃に加熱したＡｌ2Ｏ3−ＴｉＣセラミック基板の上に、
ＤＣダイオードマグネトロンスパッタ装置で、Ｔａ、Ｍ
ｂ、Ｚｒ、Ｔｉ層のいずれか一種からなる高融点金属層
とＮｄ−Ｆｅ−Ｂ合金層（希土類合金磁性層）とを交互
に積層した複数の試料を作製した。本実施例では、全て
の試料について、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ合金層の合計厚さを１
０００ｎｍ（２００ｎｍ×５）とした。各試料における
積層構造および磁気特性を下記の表１に示す。
℃に加熱したＡｌ2Ｏ3−ＴｉＣセラミック基板の上に、
ＤＣダイオードマグネトロンスパッタ装置で、Ｔａ、Ｍ
ｂ、Ｚｒ、Ｔｉ層のいずれか一種からなる高融点金属層
とＮｄ−Ｆｅ−Ｂ合金層（希土類合金磁性層）とを交互
に積層した複数の試料を作製した。本実施例では、全て
の試料について、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ合金層の合計厚さを１
０００ｎｍ（２００ｎｍ×５）とした。各試料における
積層構造および磁気特性を下記の表１に示す。
【００５４】
【表１】
【００５５】ここで、試料Ｎｏ．２〜８は、本発明の実
施例であり、試料Ｎｏ．１、および試料Ｎｏ．９〜１３
は比較例である。
施例であり、試料Ｎｏ．１、および試料Ｎｏ．９〜１３
は比較例である。
【００５６】Ｔａ、Ｍｂ、Ｚｒ、Ｔｉ層の形成は、それ
ぞれ、純金属ターゲットを用い、投入電力３〜６Ｗ／ｃ
ｍ2、Ａｒ圧力０．５Ｐａ、堆積速度０．１〜０．８ｎ
ｍ／ｓの条件で行った。、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ合金層の形成
は、ターゲットに原子比でＮｄ14Ｆｅ71Ｂ15の組成を有
する鋳造合金を用い、投入電力１０Ｗ／ｃｍ2、Ａｒ圧
力０．５Ｐａ、堆積速度３ｎｍ／ｓの条件で行った。
ぞれ、純金属ターゲットを用い、投入電力３〜６Ｗ／ｃ
ｍ2、Ａｒ圧力０．５Ｐａ、堆積速度０．１〜０．８ｎ
ｍ／ｓの条件で行った。、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ合金層の形成
は、ターゲットに原子比でＮｄ14Ｆｅ71Ｂ15の組成を有
する鋳造合金を用い、投入電力１０Ｗ／ｃｍ2、Ａｒ圧
力０．５Ｐａ、堆積速度３ｎｍ／ｓの条件で行った。
【００５７】試料は、スパッタ装置のチャンバー内で冷
却した後、取り出し、試料振動型磁力計で膜面内方向と
膜面に垂直な方向の磁化曲線を測定した。そのデータを
もとに、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ合金層のみが一様に磁化される
ものと仮定して特性値を計算し、それによって得た残留
磁束密度Ｂrと保磁力ＨcJを表１に示している。
却した後、取り出し、試料振動型磁力計で膜面内方向と
膜面に垂直な方向の磁化曲線を測定した。そのデータを
もとに、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ合金層のみが一様に磁化される
ものと仮定して特性値を計算し、それによって得た残留
磁束密度Ｂrと保磁力ＨcJを表１に示している。
【００５８】なお、表１における「積層構造」の欄に記
載されている「基板／［Ｔｉ（２０ｎｍ）／Ｎｄ−Ｆｅ
−Ｂ（２００ｎｍ）］×５」の標記は、「厚さ２０ｎｍ
のＴｉ層と厚さ２００ｎｍのＮｄ−Ｆｅ−Ｂ合金層を交
互に積層した構造が基板上に形成されており、その積層
構造中に含まれるＴｉ層およびＮｄ−Ｆｅ−Ｂ合金層の
層数が何れも５である」ということを示している。
載されている「基板／［Ｔｉ（２０ｎｍ）／Ｎｄ−Ｆｅ
−Ｂ（２００ｎｍ）］×５」の標記は、「厚さ２０ｎｍ
のＴｉ層と厚さ２００ｎｍのＮｄ−Ｆｅ−Ｂ合金層を交
互に積層した構造が基板上に形成されており、その積層
構造中に含まれるＴｉ層およびＮｄ−Ｆｅ−Ｂ合金層の
層数が何れも５である」ということを示している。
【００５９】表１からわかるように、実施例の保磁力Ｈ
cJは、いずれも、単層のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ合金層のみを形
成した比較例（試料Ｎｏ．１）の保磁力ＨcJに比べて大
きい。また、実施例では、膜面内方向の残留磁束密度Ｂ
r1よりも膜面に垂直な方向の残留磁束密度Ｂr2が高く、
いわゆる垂直磁気異方性が示されている。特に、試料Ｎ
ｏ．３〜７の場合、膜面内方向の残留磁束密度Ｂr1に対
する膜面に垂直な方向の残留磁束密度Ｂr2の比率（Ｂr2
／Ｂr1）は５以上の高い値となっている。
cJは、いずれも、単層のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ合金層のみを形
成した比較例（試料Ｎｏ．１）の保磁力ＨcJに比べて大
きい。また、実施例では、膜面内方向の残留磁束密度Ｂ
r1よりも膜面に垂直な方向の残留磁束密度Ｂr2が高く、
いわゆる垂直磁気異方性が示されている。特に、試料Ｎ
ｏ．３〜７の場合、膜面内方向の残留磁束密度Ｂr1に対
する膜面に垂直な方向の残留磁束密度Ｂr2の比率（Ｂr2
／Ｂr1）は５以上の高い値となっている。
【００６０】試料Ｎｏ．１の比較例の磁化曲線を図３に
示し、試料Ｎｏ．３の実施例の磁化曲線を図４に示す。
これらの磁化曲線を比較すると明らかなように、実施例
における垂直方向の残留磁束密度Ｂr2は単層のＮｄ−Ｆ
ｅ−Ｂ合金層における垂直方向の残留磁束密度Ｂr2に比
べて著しく高くなっており、垂直磁気異方性が向上して
いることがわかる。
示し、試料Ｎｏ．３の実施例の磁化曲線を図４に示す。
これらの磁化曲線を比較すると明らかなように、実施例
における垂直方向の残留磁束密度Ｂr2は単層のＮｄ−Ｆ
ｅ−Ｂ合金層における垂直方向の残留磁束密度Ｂr2に比
べて著しく高くなっており、垂直磁気異方性が向上して
いることがわかる。
【００６１】（実施例２）本実施例では、５５０℃に加
熱したＡｌ2Ｏ3−ＴｉＣセラミック基板の上に、ＤＣダ
イオードマグネトロンスパッタ装置で、２０ｎｍのＴａ
層と２００ｎｍのＰｒ−Ｆｅ−Ｂ合金層を交互にそれぞ
れ５層積層した試料と、Ｐｒ−Ｆｅ−Ｂ合金層のみを１
０００ｎｍの厚さに形成した試料を作製した。各試料に
ついて、積層構造および磁気特性を下記の表２に示す。
熱したＡｌ2Ｏ3−ＴｉＣセラミック基板の上に、ＤＣダ
イオードマグネトロンスパッタ装置で、２０ｎｍのＴａ
層と２００ｎｍのＰｒ−Ｆｅ−Ｂ合金層を交互にそれぞ
れ５層積層した試料と、Ｐｒ−Ｆｅ−Ｂ合金層のみを１
０００ｎｍの厚さに形成した試料を作製した。各試料に
ついて、積層構造および磁気特性を下記の表２に示す。
【００６２】
【表２】
【００６３】ここで、試料Ｎｏ．１５が本発明の実施例
であり、試料Ｎｏ．１４が比較例である。
であり、試料Ｎｏ．１４が比較例である。
【００６４】Ｔａ層の形成は、純金属のターゲットを用
い、投入電力６Ｗ／ｃｍ2、Ａｒ圧力０．５Ｐａ、堆積
速度０．８ｎｍ／ｓの条件で行った。Ｐｒ−Ｆｅ−Ｂ合
金層の形成は、ターゲットに原子比でＰｒ14Ｆｅ72Ｂ14
の組成を有する鋳造合金を用い、投入電力１０Ｗ／ｃｍ
2、Ａｒ圧力０．５Ｐａ、堆積速度３ｎｍ／ｓの条件で
行った。
い、投入電力６Ｗ／ｃｍ2、Ａｒ圧力０．５Ｐａ、堆積
速度０．８ｎｍ／ｓの条件で行った。Ｐｒ−Ｆｅ−Ｂ合
金層の形成は、ターゲットに原子比でＰｒ14Ｆｅ72Ｂ14
の組成を有する鋳造合金を用い、投入電力１０Ｗ／ｃｍ
2、Ａｒ圧力０．５Ｐａ、堆積速度３ｎｍ／ｓの条件で
行った。
【００６５】試料は、スパッタ装置のチャンバー内で冷
却した後、取り出し、試料振動型磁力計で膜面内方向と
膜面に垂直な方向の磁化曲線を測定した。そのデータを
もとに、Ｐｒ−Ｆｅ−Ｂ合金層のみが一様に磁化される
ものと仮定して特性値を計算し、それによって得た残留
磁束密度と保磁力を表２に示している。
却した後、取り出し、試料振動型磁力計で膜面内方向と
膜面に垂直な方向の磁化曲線を測定した。そのデータを
もとに、Ｐｒ−Ｆｅ−Ｂ合金層のみが一様に磁化される
ものと仮定して特性値を計算し、それによって得た残留
磁束密度と保磁力を表２に示している。
【００６６】表２からわかるように、実施例の保磁力Ｈ
cJは、単層のＰｒ−Ｆｅ−Ｂ合金層のみを形成した比較
例（試料Ｎｏ．１４）の保磁力ＨcJに比べて大きい。ま
た、実施例では、面内方向の残留磁束密度Ｂr1よりも面
に垂直な方向の残留磁束密度Ｂr2が極めて高く、垂直磁
気異方性が示されている。
cJは、単層のＰｒ−Ｆｅ−Ｂ合金層のみを形成した比較
例（試料Ｎｏ．１４）の保磁力ＨcJに比べて大きい。ま
た、実施例では、面内方向の残留磁束密度Ｂr1よりも面
に垂直な方向の残留磁束密度Ｂr2が極めて高く、垂直磁
気異方性が示されている。
【００６７】（実施例３）本実施例では、水冷したＡｌ
2Ｏ3−ＴｉＣセラミック基板上に、ＤＣダイオードスパ
ッタリング法によって２０ｎｍのＴａ層と２００ｎｍの
Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ合金層を交互にそれぞれ５層積層した試
料と、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ合金層のみ１０００ｎｍ成膜した
試料を作製した。各試料について、積層構造および熱処
理条件を下記の表３に示す。
2Ｏ3−ＴｉＣセラミック基板上に、ＤＣダイオードスパ
ッタリング法によって２０ｎｍのＴａ層と２００ｎｍの
Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ合金層を交互にそれぞれ５層積層した試
料と、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ合金層のみ１０００ｎｍ成膜した
試料を作製した。各試料について、積層構造および熱処
理条件を下記の表３に示す。
【００６８】
【表３】
【００６９】ここで、試料Ｎｏ．１７が本発明の実施例
であり、試料Ｎｏ．１６が比較例である。
であり、試料Ｎｏ．１６が比較例である。
【００７０】Ｔａ層の形成は、純金属のターゲットを用
い、投入電力６Ｗ／ｃｍ2、Ａｒ圧力０．５Ｐａ、堆積
速度０．８ｎｍ／ｓの条件で行った。Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ合
金層の形成は、ターゲットに原子比でＮｄ14Ｆｅ71Ｂ15
の組成を有する鋳造合金を用い、投入電力１０Ｗ／ｃｍ
2、Ａｒ圧力０．５Ｐａ、堆積速度３ｎｍ／ｓの条件で
行った。
い、投入電力６Ｗ／ｃｍ2、Ａｒ圧力０．５Ｐａ、堆積
速度０．８ｎｍ／ｓの条件で行った。Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ合
金層の形成は、ターゲットに原子比でＮｄ14Ｆｅ71Ｂ15
の組成を有する鋳造合金を用い、投入電力１０Ｗ／ｃｍ
2、Ａｒ圧力０．５Ｐａ、堆積速度３ｎｍ／ｓの条件で
行った。
【００７１】試料に対して、真空中で６００℃、１時間
の熱処理を行った。その後、試料振動型磁力計を用い
て、この試料の膜面内方向と膜面に垂直方向の磁化曲線
を測定した。そのデータをもとに、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ合金
層のみが一様に磁化されるものと仮定して特性値を計算
し、それによって得た残留磁束密度と保磁力を表４に示
す。
の熱処理を行った。その後、試料振動型磁力計を用い
て、この試料の膜面内方向と膜面に垂直方向の磁化曲線
を測定した。そのデータをもとに、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ合金
層のみが一様に磁化されるものと仮定して特性値を計算
し、それによって得た残留磁束密度と保磁力を表４に示
す。
【００７２】
【表４】
【００７３】表４からわかるように、実施例の保磁力Ｈ
cJは、単層のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ合金層のみを形成した比較
例（試料Ｎｏ．１６）の保磁力ＨcJに比べて格段に大き
い。また、実施例では、面内方向の残留磁束密度Ｂr1よ
りも面に垂直な方向の残留磁束密度Ｂr2が極めて高く、
垂直磁気異方性が示されている。
cJは、単層のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ合金層のみを形成した比較
例（試料Ｎｏ．１６）の保磁力ＨcJに比べて格段に大き
い。また、実施例では、面内方向の残留磁束密度Ｂr1よ
りも面に垂直な方向の残留磁束密度Ｂr2が極めて高く、
垂直磁気異方性が示されている。
【００７４】以上説明してきたように、本発明の永久磁
石薄膜は、高い保磁力と垂直磁気異方性を発揮すること
ができる。
石薄膜は、高い保磁力と垂直磁気異方性を発揮すること
ができる。
【００７５】このような本発明の永久磁石薄膜を回転機
に組み込み、定格条件で動作させたところ、良好な特性
が得られた。また、そのトルクを測定したところ、従来
の膜に比べて上昇していた。一方、本発明による永久磁
石薄膜を磁気記録媒体に使用したところ、高出力、高Ｓ
／Ｎ比が得られた。
に組み込み、定格条件で動作させたところ、良好な特性
が得られた。また、そのトルクを測定したところ、従来
の膜に比べて上昇していた。一方、本発明による永久磁
石薄膜を磁気記録媒体に使用したところ、高出力、高Ｓ
／Ｎ比が得られた。
【００７６】
【発明の効果】本発明によれば、正方晶Ｒ2Ｆｅ14Ｂ化
合物の結晶配向性が向上し、膜面に垂直な方向に高い残
留磁束密度を持つ異方性磁石を実現することができる。
また、本発明によれば、正方晶Ｒ2Ｆｅ14Ｂ化合物の金
属組織が微細化するため、保磁力の向上を達成すること
ができる。
合物の結晶配向性が向上し、膜面に垂直な方向に高い残
留磁束密度を持つ異方性磁石を実現することができる。
また、本発明によれば、正方晶Ｒ2Ｆｅ14Ｂ化合物の金
属組織が微細化するため、保磁力の向上を達成すること
ができる。
【図１】本発明の実施形態における永久磁石薄膜を示す
断面図である。
断面図である。
【図２】従来の永久磁石薄膜を示す断面図である。
【図３】表１における試料Ｎｏ．１の比較例の磁化曲線
を示すグラフである。横軸が外部磁界の大きさを示し、
縦軸が磁化強度を示している。
を示すグラフである。横軸が外部磁界の大きさを示し、
縦軸が磁化強度を示している。
【図４】表１における試料Ｎｏ．３の実施例の磁化曲線
を示すグラフである。横軸が外部磁界の大きさを示し、
縦軸が磁化強度を示している。
を示すグラフである。横軸が外部磁界の大きさを示し、
縦軸が磁化強度を示している。
１ 基板 ２、４、６、８、１０ 高融点金属層 ３、５、７、９、１１、１２ 希土類合金磁性層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０２Ｋ 15/03 Ｈ０２Ｋ 15/03 Ａ
Claims (15)
- 【請求項１】 高融点金属層と希土類合金磁性層とが交
互に積層された４層以上の積層構造を備えた永久磁石薄
膜であって、 前記高融点金属層は、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍ
ｏ、Ｈｆ、Ｔａ、およびＷからなる群から選択された少
なくとも１種類の材料から形成されており、５ｎｍ以上
５０ｎｍ以下の厚さを有し、 前記希土類合金磁性層は、主たる構成相が正方晶Ｒ2Ｆ
ｅ14Ｂ（ＲはＮｄおよび／またはＰｒ）であり、５０ｎ
ｍ以上５００ｎｍ以下の厚さを有していることを特徴と
する永久磁石薄膜。 - 【請求項２】 前記希土類合金磁性層が磁気異方性を有
していることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石薄
膜。 - 【請求項３】 前記希土類合金磁性層の面内方向の残留
磁束密度（Ｂr1）に対する前記面内方向に垂直な方向の
残留磁束密度（Ｂr2）の比（Ｂr2／Ｂr1）が２以上であ
ることを特徴とする請求項２に記載の永久磁石薄膜。 - 【請求項４】 前記積層構造に含まれる前記希土類合金
磁性層の数が３以上であることを特徴とする請求項１か
ら３の何れかに記載の永久磁石薄膜。 - 【請求項５】 前記積層構造に含まれる前記希土類合金
磁性層の合計厚さ（ｔ m）に対する前記高融点金属層の
合計厚さ（ｔn）の比率（ｔn／ｔm）が、０．０１≦
（ｔn／ｔm）≦０．３を満足することを特徴とする請求
項１から４の何れかに記載の永久磁石薄膜。 - 【請求項６】 前記積層構造を支持する基板と前記積層
構造との間に、緩衝層が形成されていることを特徴とす
る請求項１から５の何れかに記載の永久磁石薄膜。 - 【請求項７】 前記緩衝層は、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、
Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、およびＷからなる群から選択
された少なくとも１種類の材料から形成されていること
を特徴とする請求項６に記載の永久磁石薄膜。 - 【請求項８】 前記積層構造の最上層に保護層が形成さ
れていることを特徴とする請求項１から５の何れかに記
載の永久磁石薄膜。 - 【請求項９】 前記保護層は、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、
Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、およびＷからなる群から選択
された少なくとも１種類の材料から形成されていること
を特徴とする請求項８に記載の永久磁石薄膜。 - 【請求項１０】 ３００℃以上の融点を有する材料から
形成された基板を用意する工程と、 Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、およ
びＷからなる群から選択された少なくとも１種類の材料
から形成され、５ｎｍ以上５０ｎｍ以下の厚さを有する
高融点金属層と、主たる構成相が正方晶Ｒ2Ｆｅ14Ｂ
（ＲはＮｄおよび／またはＰｒ）であり、５０ｎｍ以上
５００ｎｍ以下の厚さを有する希土類合金磁性層とが交
互に積層された４層以上の積層構造を前記基板上に形成
する工程とを包含する永久磁石薄膜の製造方法。 - 【請求項１１】 前記積層構造を前記基板上に形成する
工程では、前記基板の温度を３００℃以上８００℃以下
の範囲に調整しながら前記希土類合金磁性層を形成する
ことを特徴とする請求項１０に記載の永久磁石薄膜の製
造方法。 - 【請求項１２】 前記積層構造を前記基板上に形成する
工程では、前記基板の温度を３００℃未満に調整しなが
ら前記希土類合金磁性層を形成し、前記積層構造を前記
基板上に形成した後、前記積層構造を４００℃以上８０
０℃以下の温度に加熱することを特徴とする請求項１０
に記載の永久磁石薄膜の製造方法。 - 【請求項１３】 前記積層構造の形成中または形成後
に、前記積層構造に対して磁界を印加する工程を包含し
ている請求項８から１０の何れかに記載の永久磁石薄膜
の製造方法。 - 【請求項１４】 請求項１から９の何れかに記載の永久
磁石薄膜を有する回転機。 - 【請求項１５】 請求項１から９の何れかに記載の永久
磁石薄膜を有する磁気記録媒体。
Priority Applications (9)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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