JP2002158486A - 電磁波吸収膜 - Google Patents
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Abstract
が共に大きく,且つGHz帯域で大きな電磁波の吸収特
性を有するナノグラニュラー軟磁性膜からなる電磁波吸
収膜を提供することにある. 【解決手段】本発明は,一般式M100−XIXで表さ
れ,MはFe,Co及びNiのいずれか1種または2種
以上の元素からなる10nm以下の粒径を有する強磁性
微粒子が高密度に分布してなり,IはMからなる強磁性
微粒子を囲む酸化物,窒化物又はフッ化物等の絶縁物か
らなる粒界物質であり,当該Iの原子比Xが10<X<
50であり,6kG以上の飽和磁化,30Oe以上の異
方性磁界及び150μΩcm以上の電気比抵抗を有し,
且つGHz帯域での複素透磁率の虚数部の大きさが30
以上であるナノグラニュラー軟磁性膜からなることを特
徴とする電磁波吸収膜である.
Description
域で大きな電磁波吸収効果を示す電磁波吸収膜に関する
ものである.
小型化とともに動作周波数の高周波化が加速度的に進ん
でいる.代表的なものがパーソナル・コンピューターで
あり,その中央演算処理装置の動作周波数は1GHzを
越えつつある.その他,通信機器では,携帯電話(0.
9,1.5,1.9GHz),衛星放送(11.7〜1
2.0GHz),無線LAN(2.45,5.0,1
9.0GHz)などが実施,もしくは検討されている.
さらに,高度道路交通システム(ITS)におけるノン
ストップ自動料金収受システム(ETC)(5.8GH
z),追突防止レーダー(7.6GHz)等が用いられ
るようになっており,今後ますますGHz帯域での高
速,高集積な半導体集積素子の利用は増加することが予
想される.これらの半導体素子や電子回路において,最
近,不要輻射などのEMI(電磁波障害)が盛んに指摘
されて,大きな問題になっており,かつ機器の小型化や
高性能化を阻害する重大な技術的要因となっている.そ
の総合的な対策としてEMC(環境電磁工学)が重視さ
れ,この分野の研究が盛んになり始めている.
電磁遮蔽は装置毎に軟磁性材料で覆い,遮蔽すれば良か
ったが,それが数10〜数100MHzになると回路ブ
ロック毎にシールドする必要がある.そして,さらに高
いGHz以上の電子機器では,電磁波の波長が個々のデ
バイスや配線のスケールとほぼ同程度になるため,従来
のEMCのやり方や材料では対応ができなくなってきて
いる.高周波帯域での微細な部分からノイズ電波を遮蔽
するためには,新しい方法(マイクロEMC)や,その
ための材料が必要である.
して,磁性体の磁気損失を利用する方法が注目されてい
る.磁性体の磁気損失を利用した不要輻射減衰の作用機
構は,ノイズ源と磁気損失材料との位置関係などにより
異なってくるが,磁性体がノイズ伝送路の直近にあるよ
うな場合には,伝送路に等価的な抵抗成分が付与される
ことによって,高周波電流が抑制されることが分ってい
る.ここで等価的な抵抗成分の大きさは,磁気損失項も
しくは複素透磁率の虚数部(μ”)の大きさに依存し,
磁性体の面積が一定の場合にはμ”の大きさにほぼ比例
する.しかし,従来の材料はいずれもGHz以上での透
磁率の虚数部は10前後もしくはそれ以下と小さいた
め,十分な遮蔽効果を得るためには遮蔽材の厚さを1m
m以上にする必要があった.
は,微細加工が難しく,かつ遮蔽部から放熱が困難であ
り,遮蔽材の自己発熱をも伴うため,マイクロEMCの
領域に適用することは極めて困難である.そのため,マ
イクロEMC用として所望のノイズ減衰を得るために
は,極めて薄い磁性体で,相当に大きなμ”を有する膜
が必要となる.また素子の作製工程中に,同時に遮蔽膜
を作製できることが望まれる.
で,1GHz以上の高周波帯域で透磁率の虚数部が大き
な値を示すナノグラニュラー軟磁性膜からなる電磁波吸
収膜を提供することを目的とする.
を鑑みて鋭意努力した結果,粒界に少量のセラミックス
を含むナノグラニュラー軟磁性膜において,厚さがμm
サイズでも十分な電磁波吸収効果を,広いマイクロ波
(GHz)帯域で示す膜が得られることを見い出し,本
発明に至ったものである.
る.第1の発明は,一般式M100−XIXで表され,
MはFe,Co,及びNiのいずれか1種又は2種以上
の元素からなる10nm以下の粒径を有する強磁性微粒
子で,高密度に分布してなり,IはMからなる強磁性微
粒子を囲む酸化物,窒化物又はフッ化物のいずれか1種
又は2種以上の絶縁物からなる粒界物質であり,当該I
の原子比Xが10<X<50で,飽和磁化6kG以上,
異方性磁界30Oe以上及び電気比抵抗150μΩcm
以上を有し,且つGHz帯域での複素透磁率の虚数部の
大きさが30以上であるナノグラニュラー軟磁性膜から
なることを特徴とする電磁波吸収膜に関する.
<40であり,且つGHz帯域での複素透磁率の虚数部
の大きさが50以上であるナノグラニュラー軟磁性膜か
らなることを特徴とする第1発明の電磁波吸収膜に関す
る.
O,Zr−O,Hf−O,RE−O(RE:希土類元
素),Mg−F及びCa−Fのいずれか一種叉は2種以
上の絶縁物質で,且つGHz帯域での複素透磁率の虚数
部の大きさが80以上であるナノグラニュラー軟磁性膜
からなることを特徴とする第1又は2発明の電磁波吸収
膜に関する.
性磁界70Oe以上及び電気比抵抗500μΩcm以上
の値を有し,且つGHz帯域での複素透磁率の虚数部の
大きさが100以上であるナノグラニュラー軟磁性膜か
らなることを特徴とする第1ないし3発明の電磁波吸収
膜に関する.
になるように,100℃以上400℃以下の温度範囲に
おいて,静磁界又は回転磁界中で熱処理されたナノグラ
ニュラー軟磁性膜からなることを特徴とする第1ないし
4発明の電磁波吸収膜に関する.
成膜法又は化学的成膜法により,作製したナノグラニュ
ラー軟磁性膜からなることを特徴とする第1ないし5発
明の電磁波吸収膜に関する.
叉は2種合計の組成比で35%以下を含み,且つGHz
帯域での複素透磁率の虚数部の大きさが80以上である
ナノグラニュラー軟磁性膜からなることを特徴とする請
求項1ないし6のいずれか1項に記載の電磁波吸収膜に
関する.
か1項に記載のナノグラニュラー軟磁性膜と絶縁物,非
磁性物質又は強磁性物質からなる薄膜とを交互に積層さ
せた多層膜において,GHz帯域での複素透磁率の虚数
部の大きさが80以上であることを特徴とする電磁波吸
収膜に関する.
5μm以下であるナノグラニュラー軟磁性膜からなるこ
とを特徴とする第1ないし8発明の電磁波吸収膜に関す
る.
を示す物質を得るためには,その周波数帯域で透磁率の
虚数部(μ”)が大きな値を示す材料が必要である(吉
田等,マグネティックス研究会資料,00−1−7,M
S−6−7).すなわち,GHz帯域で優れた電磁波吸
収特性を持つ磁性材料を得るためには,GHz帯域で大
きなμ”を示す材料が必要となり,その材料には大きな
飽和磁束密度(Bs),異方性磁界(Hk)及び電気比
抵抗(ρ)を併せ持つことが求められる(細野等,日本
応用磁気学会誌,12,(1988)295).一般式
M100−XIXで表される本発明のナノグラニュラー
軟磁性膜(M:強磁性金属,I:絶縁物からなる粒界物
質)は6kG以上の大きなBs,30Oe以上のHk及
び150μΩcm以上のρを有するため,目的とするG
Hz帯域で優れた電磁波吸収特性を示す.但し,Xが5
0%以上になると,超常磁性膜になるため,大きなμ”
は得られない.また10%未満では,膜のρが極端に小
さくなるとともに,垂直磁化膜になってしまうため,
μ”は30以下と小さくなるので好ましくない.
りでなく,生成熱が大きい物質であれば,窒化物でも,
フッ化物でも構わない.ナノグラニュラー磁性膜の粒径
が10nm以上になると,膜は大きな保磁力(Hc)と
ともに垂直磁化膜になるので,大きなμ”は実現しな
い.
でHk<30Oeの場合は共鳴周波数が500MHz以
下となるので,たとえρが大きくても,μ”のピークは
1GHzに達しない.また,BsやHkが大きくても,
ρ<150μΩcmの場合はうず電流損失が大きくなる
ため,μ”のピークは小さくなる.
もしくは回転磁界中で熱処理すると,ほぼ任意の大きさ
に異方性磁界の大きさを制御することが出来,かつ膜中
の歪みを取り除くことができるため,優れた高周波μ”
特性を示す膜を得ることができる.しかし,熱処理温度
が400℃以上になると粒界拡散が起こり,グラニュラ
ー構造が破壊されてしまい,諸特性は劣化し始める.
タ蒸着法などの物理的成膜法で作製される.しかし組成
的にはかなり限定されるが,メッキ法などの化学的成膜
法でも作製できる.ナノグラニュラー軟磁性膜を,絶縁
物などの異種物質からなる薄膜と交互に積層した多層膜
では,磁性層間の静磁結合により軟磁性化が促進し,磁
性膜の組成の選択の範囲が拡がる.またうず電流損失も
更に小さくなるため,大きなμ”を示す範囲がさらに高
周波帯域まで伸びる.
(M)に組成比で35%以下のPdやPtを添加する
と,軟磁性を示す組成範囲は拡大するとともに,透磁率
の周波数特性を制御する異方性磁界が大きくなり,動作
周波数の高周波化に寄与する.
が極端に小さくなり,遮蔽効果が期待出来なくなる.一
方,5μm以上になると,理論上の共鳴周波数がGHz
を越えていても,うず電流損失が大きいために,μ”の
最大値を示す周波数はGHz以下になるので,好ましく
ない.また,膜厚が5μm以上の膜を得るためには,成
膜にかなりの時間を要し,経済的に不利であると共に,
成膜中に膜表面が発熱し,改質してしまう懸念がある.
置を用いて,Co82Zr18(原子%)ターゲットを
(Ar+O2)混合ガス雰囲気中での反応スパッタ法に
より以下に示す条件でCo59(Zr0.3O0.7)
41薄膜を作製した.
磁力計により測定した.結果の一 は垂直(⊥)に励磁して測定した結果である。高周波磁
気特性に大きな影響を及ぼす垂直方向の保磁力は数Oe
と小さい.試料は,成膜時の印加磁界方向が容易磁化方
向となるHkを有しており,その大きさは約160Oe
である.また,Bsは9kGを越えていることから,理
論上の膜の自然共鳴周波数(fr)は3GHz以上にな
る.さらに膜のρが1,000μΩcmを越えているこ
とから,膜厚に起因する渦電流損失はほとんど無視でき
る.以上のことから,本発明膜は高周波軟磁性材料とし
て優れた特性を示すことが期待される.
膜の透磁率の周波数依存性を示す.透磁率の実数部
(μ’)は1GHz付近までほぼフラットであり,それ
以上では徐々に増加し,測定限界の3GHzでもまだ共
鳴点特有の急峻な落ち込みは観察されない.μ”はμ’
と同様に周波数とともに増加し,3GHzになってもま
だfr付近でのμ”の鋭いピークが観察されないことか
ら,frは3GHz以上であることが分かる.吉田等
(前述)によれば電磁波の吸収特性は磁性体の膜厚と
μ”との積と一致する.このことから,3GHz以上の
周波数帯域にfrを持ち,かつそのときのμ”が100
以上の大きな値を示す本発明膜はGHz帯域での優れた
電磁波吸収体であることが分かる.
41膜の伝送特性を線路長75mm,特性インピーダン
ス50Ωのマイクロストリップ線路上に磁性体を配置し
て評価した(図3).伝送特性S21は材料の遮蔽もし
くは吸収効果に対応する.伝送特性は周波数の増加と共
に著しく減少し,1.5GHz付近で−30dBにな
る.その後,5GHz付近で,共鳴によると考えられる
S21の少しの増加が見られるが,全体的には周波数と
共に少しずつ減少する.このことから本磁性膜は図2の
透磁率の周波数依存性の結果を反映して,約1GHz以
上の広い周波数帯域で極めて大きな電磁波吸収特性を示
す.
製したCo58(Zr0.3O0.7)42膜と,Si
O2膜とを交互に積層し,Co58(Zr0.3O
0.7)42/SiO2多層膜を作製した.積層回数は
4回で,それぞれの膜厚はCo58(Zr0.3O
0.7)42膜が250nm,SiO2膜が50nmで
ある.なお,Co58(Zr0.3O0.7)42膜の
特性は,Bs=8.4kG,Hk=166Oe,ρ=1
630μΩcmである.この多層膜の透磁率の周波数特
性を図4に示す.μ’は図2と同様に1GHzまでほぼ
フラットであり,その後増加し,測定限界の3GHz付
近で100を越える.多層膜化することにより各磁性層
の膜厚が薄くなるため,μ”はうず電流損失を零として
計算した結果と同じ周波数特性を示す.なお,この場合
の自然共鳴周波数(fr)の計算結果は4.2GHzで
あり,わずかではあるが,単層膜よりは周波数特性が改
善する.この結果から実測のfrはさらに高周波側にシ
フトしている事が推察でき,その付近の周波数帯域で大
きな吸収特性を示す.
ゲットにPdチップ(5x5mm)を張付けた複合ター
ゲットを用いて,実施例−1と同様の条件で成膜した.
得られた(Co0.8Pd0.3)64(Si0.2O
0.8)36膜の直流磁気特性を図5に示す.容易磁化
方向のHcはかなり大きいが,高周波特性に寄与する困
難磁化方向のHcは2.1Oeと小さい.膜のρは12
00μΩcmとかなり大きい.注目すべき結果はHkの
大きさと磁化曲線の形状である.この膜はHk=190
Oeの大きなHkを有し,磁化曲線には異方性の分散が
ほとんど観察されない.本発明膜は実施例−1の膜以上
に大きなHkを有している事から,さらに高いGHz帯
域に共鳴周波数が存在する事が期待され,その付近の周
波数帯域で大きな吸収特性を示す.
明の薄膜の一部とそれらの諸特性を表1に示す.
の組成範囲の膜である.表中の()で示している数字
は,共鳴周波数が評価装置の周波数限界を越えてしまう
ために計算で求めた結果である.従来の高周波軟磁性薄
膜材料と比較して,本発明膜はHkとρとが著しく大き
いという,特徴を有している.その結果,いずれの膜も
共鳴周波数がGHz帯域にあり,かつ共鳴周波数での
μ”はいずれも100を越えている.
リマー中に高密度に分散させた複合磁性シート(市販の
電磁波吸収体),フレキシールド(TDK製)を実施例
1と同様の方法で,その伝送特性を評価した(図6).
本発明のCo59(Zr0.3O0.7)41軟磁性膜
(膜厚が約2μm)は1GHz付近から大きな吸収特性
を示すのに対して,図6から明らかなように,フレキシ
ールドの吸収特性は膜厚が約400μmを有しているに
もかかわらず,周波数と共に少しずつ増大し,6GHz
付近でCo59(Zr0.3O0.7)41膜の2GH
z付近の結果とほぼ同レベルの約−30dBに達する.
先に述べたように,吸収特性は透磁率の虚数部と膜厚と
の積で表されるので,Co59(Zr0.3O0.7)
41膜の膜厚がフレキシールドの膜厚の200分の1以
下であるにもかかわらず,フレキシールドの数倍の吸収
特性を示すことから,Co59(Zr0.3O0.7)
41膜はフレキシールドの数100倍の電磁波吸収特性
を有していることがわかる.
ρが共に大きく,GHz帯域で大きな透磁率の虚数部を
示すため,その周波数帯域で優れた電磁波吸収特性を示
すナノグラニュラー軟磁性膜からなる.また,ナノグラ
ニュラー軟磁性膜の合金組成を選択することにより,膜
のHkとBsの大きさを,かなりの広い範囲で随意に変
えることができる.このことは,膜のfrを随意に変え
ることが出来ることを意味し,そのために,各種の磁気
デバイスのGHz周波数帯域において優れた電磁波吸収
特性を有する薄膜を容易に提供することが可能となる.
さらに,本発明の電磁波吸収膜は薄膜であるため,放熱
が容易で,また電子デバイスの作製プロセス中に成膜が
出来るなどの特長があり,GHz帯域における優れた電
磁波吸収膜として,その工業的意義は大きい.
る.
す特性図である.
明するための特性図である.
するための特性図である.
めの特性図である.
周波数依存性を示す特性図である.
Claims (9)
- 【請求項1】一般式M100−XIXで表され,MはF
e,Co,及びNiのいずれか1種又は2種以上の元素
からなる10nm以下の粒径を有する強磁性微粒子で,
高密度に分布してなり,IはMからなる強磁性微粒子を
囲む酸化物,窒化物又はフッ化物のいずれか1種又は2
種以上の絶縁物からなる粒界物質であり,当該Iの原子
比Xが10<X<50で,飽和磁化6kG以上,異方性
磁界30Oe以上及び電気比抵抗150μΩcm以上を
有し,且つGHz帯域での複素透磁率の虚数部の大きさ
が30以上であるナノグラニュラー軟磁性膜からなるこ
とを特徴とする電磁波吸収膜. - 【請求項2】Iの原子比Xが,20<X<40であり,
且つGHz帯域での複素透磁率の虚数部の大きさが50
以上であるナノグラニュラー軟磁性膜からなることを特
徴とする請求項1記載の電磁波吸収膜. - 【請求項3】Iが,Al−N,Al−O,Zr−O,H
f−O,RE−O(RE:希土類元素),Mg−F及び
Ca−Fのいずれか一種叉は2種以上の絶縁物質で,且
つGHz帯域での複素透磁率の虚数部の大きさが80以
上であるナノグラニュラー軟磁性膜からなることを特徴
とする請求項1又は2に記載の電磁波吸収膜. - 【請求項4】飽和磁化8kG以上,異方性磁界70Oe
以上及び電気比抵抗500μΩcm以上の値を有し,且
つGHz帯域での複素透磁率の虚数部の大きさが100
以上であるナノグラニュラー軟磁性膜からなることを特
徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載の電磁
波吸収膜. - 【請求項5】異方性磁界が30Oe以上になるように,
100℃以上400℃以下の温度範囲において,静磁界
又は回転磁界中で熱処理されたナノグラニュラー軟磁性
膜からなることを特徴とする請求項1ないし4のいずれ
か1項に記載の電磁波吸収膜. - 【請求項6】スパッタ蒸着法等の物理的成膜法又は化学
的成膜法により,作製したナノグラニュラー軟磁性膜か
らなることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1
項に記載の電磁波吸収膜. - 【請求項7】Mが,Pd及びPtの1種叉は2種合計の
組成比で35%以下を含み,且つGHz帯域での複素透
磁率の虚数部の大きさが80以上であるナノグラニュラ
ー軟磁性膜からなることを特徴とする請求項1ないし6
のいずれか1項に記載の電磁波吸収膜. - 【請求項8】請求項1ないし7のいずれか1項に記載の
ナノグラニュラー軟磁性膜と絶縁物,非磁性物質又は強
磁性物質からなる薄膜とを交互に積層させた多層膜にお
いて,GHz帯域での複素透磁率の虚数部の大きさが8
0以上であることを特徴とする電磁波吸収膜. - 【請求項9】全膜厚が,0.1μm以上5μm以下であ
るナノグラニュラー軟磁性膜からなることを特徴とする
請求項1ないし8のいずれか1項に記載の電磁波吸収
膜.
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