JP2002335027A - 超磁歪薄膜素子及びその製造方法 - Google Patents
超磁歪薄膜素子及びその製造方法Info
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- C03C2218/15—Deposition methods from the vapour phase
Abstract
(57)【要約】
【課題】 小さな磁場でも大きな磁歪特性を示す超磁歪
薄膜素子を提供する。簡単な製造過程で大きな磁歪特性
を発現させることができる超磁歪薄膜素子の製造方法を
提供する。 【解決手段】 基板と、その上に成膜した超磁歪材料の
薄膜を有する超磁歪薄膜素子である。薄膜は、気相成長
させたＲＴ（ＲはＹを含む希土類元素、ＴはＦｅを主成
分とする遷移金属）系の超磁歪材料からなり、その超磁
歪材料の状態図上で、ＲＴ2 ラーベス相の分解溶融温度
とラーベス相の液相線とが交わる点でのＲの割合をｘａ
ｔ％としたとき、Ｒの割合をｘ±３ａｔ％とする。Ｒが
Ｔｂ、ＴがＦｅであって、Ｔｂの割合が３７〜４３ａｔ
％とするのが好ましい。また薄膜の内部応力を１００Ｍ
Ｐａ以下とすることが望ましい。内部応力の低減には熱
処理が有効である。
薄膜素子を提供する。簡単な製造過程で大きな磁歪特性
を発現させることができる超磁歪薄膜素子の製造方法を
提供する。 【解決手段】 基板と、その上に成膜した超磁歪材料の
薄膜を有する超磁歪薄膜素子である。薄膜は、気相成長
させたＲＴ（ＲはＹを含む希土類元素、ＴはＦｅを主成
分とする遷移金属）系の超磁歪材料からなり、その超磁
歪材料の状態図上で、ＲＴ2 ラーベス相の分解溶融温度
とラーベス相の液相線とが交わる点でのＲの割合をｘａ
ｔ％としたとき、Ｒの割合をｘ±３ａｔ％とする。Ｒが
Ｔｂ、ＴがＦｅであって、Ｔｂの割合が３７〜４３ａｔ
％とするのが好ましい。また薄膜の内部応力を１００Ｍ
Ｐａ以下とすることが望ましい。内部応力の低減には熱
処理が有効である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、基板上に気相成長
させたＲＴ系の薄膜からなる超磁歪薄膜素子及びその製
造方法に関するものである。この超磁歪薄膜素子は、セ
ンサやアクチュエータなどとして有用である。
させたＲＴ系の薄膜からなる超磁歪薄膜素子及びその製
造方法に関するものである。この超磁歪薄膜素子は、セ
ンサやアクチュエータなどとして有用である。
【０００２】
【従来の技術】磁性体に外部磁場を作用させたときに変
形(ひずみ)が生ずる現象またはその変形のことを磁歪
（磁気歪み）と言う。磁歪材料は、このように外部磁場
の作用によって形状そのものが変化する性質を有する材
料であり、逆に外部応力が加わると磁化が変化する性質
を有する。そこで、このような磁気−変形（応力）の特
性を利用して、各種センサやトランスジューサ、アクチ
ュエータなどへの応用が試みられている。
形(ひずみ)が生ずる現象またはその変形のことを磁歪
（磁気歪み）と言う。磁歪材料は、このように外部磁場
の作用によって形状そのものが変化する性質を有する材
料であり、逆に外部応力が加わると磁化が変化する性質
を有する。そこで、このような磁気−変形（応力）の特
性を利用して、各種センサやトランスジューサ、アクチ
ュエータなどへの応用が試みられている。
【０００３】しかし、従来公知の磁歪材料は、その変形
に伴う歪み（磁歪定数）が非常に小さく（１０-5〜１０
-6程度）、そのため極く限られた分野の応用にとどまっ
ていた。
に伴う歪み（磁歪定数）が非常に小さく（１０-5〜１０
-6程度）、そのため極く限られた分野の応用にとどまっ
ていた。
【０００４】ところが最近、希土類−遷移金属化合物の
中に室温における磁歪定数が異常に大きな（１０-3以上
を示す）磁歪材料（「超磁歪材料」とも呼ばれている）
が発見され、大きな変位を発生するアクチュエータの駆
動源として応用されている。
中に室温における磁歪定数が異常に大きな（１０-3以上
を示す）磁歪材料（「超磁歪材料」とも呼ばれている）
が発見され、大きな変位を発生するアクチュエータの駆
動源として応用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、超磁歪材料
は、主に単結晶や結晶配向されたバルク材料であるた
め、結晶制御技術を必要とするなど製造過程も複雑で、
しかも大きな磁歪特性を発現させるためには大きな磁場
が必要となる欠点があった。
は、主に単結晶や結晶配向されたバルク材料であるた
め、結晶制御技術を必要とするなど製造過程も複雑で、
しかも大きな磁歪特性を発現させるためには大きな磁場
が必要となる欠点があった。
【０００６】本発明の目的は、小さな磁場でも大きな磁
歪特性を示す超磁歪薄膜素子を提供することである。本
発明の他の目的は、簡単な製造過程で大きな磁歪特性を
発現させることができる超磁歪薄膜素子の製造方法を提
供することである。
歪特性を示す超磁歪薄膜素子を提供することである。本
発明の他の目的は、簡単な製造過程で大きな磁歪特性を
発現させることができる超磁歪薄膜素子の製造方法を提
供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】超磁歪特性（非常に大き
な磁歪特性）を得るためには、ＲＴ2 （Ｒ：希土類元
素、Ｔ：遷移金属）で表されるラーベス相化合物（Lave
s compounds ）とすることが重要である。本発明者等
は、Ｔｂ−Ｆｅ系の超磁歪薄膜を気相法にて基板上に成
膜する過程で、化学量論組成であるＴｂ≒３３．３ａｔ
％ではなく、Ｔｂ≒４０ａｔ％の組成にて非常に良好な
磁歪特性を得ることができた。本発明は、かかる現象の
知得に基づき完成されたものである。
な磁歪特性）を得るためには、ＲＴ2 （Ｒ：希土類元
素、Ｔ：遷移金属）で表されるラーベス相化合物（Lave
s compounds ）とすることが重要である。本発明者等
は、Ｔｂ−Ｆｅ系の超磁歪薄膜を気相法にて基板上に成
膜する過程で、化学量論組成であるＴｂ≒３３．３ａｔ
％ではなく、Ｔｂ≒４０ａｔ％の組成にて非常に良好な
磁歪特性を得ることができた。本発明は、かかる現象の
知得に基づき完成されたものである。
【０００８】即ち本発明は、基板と、該基板上に成膜し
た超磁歪材料の薄膜とを有する超磁歪薄膜素子におい
て、前記薄膜は、気相成長させたＲＴ（但し、ＲはＹを
含む希土類元素、ＴはＦｅを主成分とする遷移金属）系
の超磁歪材料からなり、その超磁歪材料の状態図上で、
ＲＴ2 ラーベス相の分解溶融温度とラーベス相の液相線
とが交わる点でのＲの割合をｘａｔ％としたとき、前記
超磁歪材料のＲの割合がｘ±３ａｔ％であることを特徴
とする超磁歪薄膜素子である。
た超磁歪材料の薄膜とを有する超磁歪薄膜素子におい
て、前記薄膜は、気相成長させたＲＴ（但し、ＲはＹを
含む希土類元素、ＴはＦｅを主成分とする遷移金属）系
の超磁歪材料からなり、その超磁歪材料の状態図上で、
ＲＴ2 ラーベス相の分解溶融温度とラーベス相の液相線
とが交わる点でのＲの割合をｘａｔ％としたとき、前記
超磁歪材料のＲの割合がｘ±３ａｔ％であることを特徴
とする超磁歪薄膜素子である。
【０００９】更に本発明では、気相法によって薄膜を形
成することで、気相から固相へと急冷されアモルファス
状態が得られるため、磁気異方性エネルギが減少し、小
さな磁場でも磁化し易くなり、大きな磁歪が得られる。
成することで、気相から固相へと急冷されアモルファス
状態が得られるため、磁気異方性エネルギが減少し、小
さな磁場でも磁化し易くなり、大きな磁歪が得られる。
【００１０】特に好ましい例としては、ＲがＴｂ、Ｔが
Ｆｅであって、Ｔｂの割合が３７〜４３ａｔ％であるＴ
ｂ−Ｆｅ２元系の超磁歪薄膜を有する素子がある。Ｒ
は、Ｔｂの他にＤｙやＳｍでもよいし、それらの２種以
上であっても。勿論、その他の希土類元素を添加・置換
することも可能である。Ｔとしては、Ｆｅに対して各種
の遷移金属（例えばＮｉやＣｏ等）を添加・置換したも
のであってもよい。使用する超磁歪材料の種類にかかわ
らず、薄膜の内部応力は１００ＭＰａ以下とすることが
望ましい。超磁歪材料からなる薄膜は、その磁気容易軸
が基板面にほぼ平行に配向したものとする。
Ｆｅであって、Ｔｂの割合が３７〜４３ａｔ％であるＴ
ｂ−Ｆｅ２元系の超磁歪薄膜を有する素子がある。Ｒ
は、Ｔｂの他にＤｙやＳｍでもよいし、それらの２種以
上であっても。勿論、その他の希土類元素を添加・置換
することも可能である。Ｔとしては、Ｆｅに対して各種
の遷移金属（例えばＮｉやＣｏ等）を添加・置換したも
のであってもよい。使用する超磁歪材料の種類にかかわ
らず、薄膜の内部応力は１００ＭＰａ以下とすることが
望ましい。超磁歪材料からなる薄膜は、その磁気容易軸
が基板面にほぼ平行に配向したものとする。
【００１１】超磁歪薄膜素子は、例えばガラス基板を用
い、その上にスパッタなどの気相成膜法により超磁歪薄
膜を形成した構造とする。
い、その上にスパッタなどの気相成膜法により超磁歪薄
膜を形成した構造とする。
【００１２】また本発明は、基板上に超磁歪材料の薄膜
を成膜する超磁歪薄膜素子の製造方法において、ＲＴ
（但し、ＲはＹを含む希土類元素、ＴはＦｅを主成分と
する遷移金属）系の超磁歪材料を用い、その超磁歪材料
の状態図上で、ＲＴ2 ラーベス相の分解溶融温度とラー
ベス相の液相線とが交わる点でのＲの割合をｘａｔ％と
したとき、Ｒの割合がｘ±３ａｔ％である材料を気相成
長させて基板上に薄膜を形成することを特徴とする超磁
歪薄膜素子の製造方法である。
を成膜する超磁歪薄膜素子の製造方法において、ＲＴ
（但し、ＲはＹを含む希土類元素、ＴはＦｅを主成分と
する遷移金属）系の超磁歪材料を用い、その超磁歪材料
の状態図上で、ＲＴ2 ラーベス相の分解溶融温度とラー
ベス相の液相線とが交わる点でのＲの割合をｘａｔ％と
したとき、Ｒの割合がｘ±３ａｔ％である材料を気相成
長させて基板上に薄膜を形成することを特徴とする超磁
歪薄膜素子の製造方法である。
【００１３】本発明において、超磁歪材料の気相成長に
よる成膜中もしくは成膜後に２００〜３５０℃（両端温
度を含む）で熱処理を行うことで、薄膜の内部応力を１
００ＭＰａ以下とすることができる。気相成長の成膜
中、不活性ガス圧（例えばＡｒガス圧）は０．５〜１．
０Ｐａ（両端圧力を含む）とすることが望ましい。ま
た、気相成長を基板面に平行な一方向の磁場中で行った
り、熱処理を基板面に平行な一方向の磁場中で行うこと
もできる。
よる成膜中もしくは成膜後に２００〜３５０℃（両端温
度を含む）で熱処理を行うことで、薄膜の内部応力を１
００ＭＰａ以下とすることができる。気相成長の成膜
中、不活性ガス圧（例えばＡｒガス圧）は０．５〜１．
０Ｐａ（両端圧力を含む）とすることが望ましい。ま
た、気相成長を基板面に平行な一方向の磁場中で行った
り、熱処理を基板面に平行な一方向の磁場中で行うこと
もできる。
【００１４】
【発明の実施の形態】前述のように、超磁歪特性を得る
ためには、ＲＴ2 で表されるラーベス相化合物とするこ
とが重要である。Ｔｂ−Ｆｅ系の超磁歪薄膜を気相法に
よって基板上に成膜する過程において、非化学量論組成
のＴｂ≒４０ａｔ％にて非常に良好な磁歪特性が得られ
る理由は、次のように考えられる。まず、Ｔｂ−Ｆｅ系
の状態図（’９６ ＡＳＭ International）を図１に示
す。同図において、Ｔｂ≒４０ａｔ％の組成は、ＴｂＦ
ｅ2 ラーベス相の分解溶融温度とラーベス相の液相線と
が交わる点（符号Ｘで示す）に対応している。ここで、
ラーベス相は包晶反応で形成されるために、ＲＴ2 化学
量論組成で気相成長させた場合には、ラーベス相は形成
されない。従って、ラーベス相を気相成長させる場合
は、本発明のように包晶反応の影響しない状態図上で、
即ちＲＴ2 ラーベス相の分解溶融温度とラーベス相の液
相線とが交わる点Ｘの組成で実施することが重要なので
ある。
ためには、ＲＴ2 で表されるラーベス相化合物とするこ
とが重要である。Ｔｂ−Ｆｅ系の超磁歪薄膜を気相法に
よって基板上に成膜する過程において、非化学量論組成
のＴｂ≒４０ａｔ％にて非常に良好な磁歪特性が得られ
る理由は、次のように考えられる。まず、Ｔｂ−Ｆｅ系
の状態図（’９６ ＡＳＭ International）を図１に示
す。同図において、Ｔｂ≒４０ａｔ％の組成は、ＴｂＦ
ｅ2 ラーベス相の分解溶融温度とラーベス相の液相線と
が交わる点（符号Ｘで示す）に対応している。ここで、
ラーベス相は包晶反応で形成されるために、ＲＴ2 化学
量論組成で気相成長させた場合には、ラーベス相は形成
されない。従って、ラーベス相を気相成長させる場合
は、本発明のように包晶反応の影響しない状態図上で、
即ちＲＴ2 ラーベス相の分解溶融温度とラーベス相の液
相線とが交わる点Ｘの組成で実施することが重要なので
ある。
【００１５】一般に、スパッタ法や蒸着法などの気相法
によってＲＴ系の超磁歪薄膜を基板上に成膜する場合、
ターゲットなどの母合金組成の変動あるいは元素の蒸発
などの影響により、目標とする薄膜組成に対して±３ａ
ｔ％程度の範囲で変動してしまう。従って本発明では、
Ｔｂ−Ｆｅ系で急峻なピーク値を得ることができるＴｂ
≒４０ａｔ％の組成に対して、この組成変動分も考慮し
てＲ（Ｔｂ）の割合を３７〜４３ａｔ％に設定する。
によってＲＴ系の超磁歪薄膜を基板上に成膜する場合、
ターゲットなどの母合金組成の変動あるいは元素の蒸発
などの影響により、目標とする薄膜組成に対して±３ａ
ｔ％程度の範囲で変動してしまう。従って本発明では、
Ｔｂ−Ｆｅ系で急峻なピーク値を得ることができるＴｂ
≒４０ａｔ％の組成に対して、この組成変動分も考慮し
てＲ（Ｔｂ）の割合を３７〜４３ａｔ％に設定する。
【００１６】気相法により得られる薄膜は、通常、成膜
中のガス成分を内蔵するなどの原因から、薄膜内部に大
きな残留応力（内部応力）を発生することがある。磁歪
薄膜の場合、この内部応力が作用し、逆磁歪効果による
応力誘起異方性が発生する。特に、本発明のようにＲＴ
2 ラーベス相を利用する場合には、磁歪が大きいために
逆磁歪エネルギが非常に大きくなり、そうすると磁気異
方性エネルギが大きくなってしまい、小さな磁場では大
きな磁歪が得られなくなる。
中のガス成分を内蔵するなどの原因から、薄膜内部に大
きな残留応力（内部応力）を発生することがある。磁歪
薄膜の場合、この内部応力が作用し、逆磁歪効果による
応力誘起異方性が発生する。特に、本発明のようにＲＴ
2 ラーベス相を利用する場合には、磁歪が大きいために
逆磁歪エネルギが非常に大きくなり、そうすると磁気異
方性エネルギが大きくなってしまい、小さな磁場では大
きな磁歪が得られなくなる。
【００１７】超磁歪薄膜に１００ＭＰａを超える大きな
内部応力が発生していると、磁気異方性エネルギが大き
くなるため大きな磁歪特性が得られない。しかし、２０
０℃以上の温度で加熱すると、内部応力を１００ＭＰａ
以下に緩和することができ、磁気異方性エネルギが減少
するので、非常に大きな磁歪特性が得られるようにな
る。しかし、３５０℃を超えて加熱すると、アモルファ
ス状態から結晶化が進み粒成長が著しくなり磁場に対し
て飽和し難くなる。
内部応力が発生していると、磁気異方性エネルギが大き
くなるため大きな磁歪特性が得られない。しかし、２０
０℃以上の温度で加熱すると、内部応力を１００ＭＰａ
以下に緩和することができ、磁気異方性エネルギが減少
するので、非常に大きな磁歪特性が得られるようにな
る。しかし、３５０℃を超えて加熱すると、アモルファ
ス状態から結晶化が進み粒成長が著しくなり磁場に対し
て飽和し難くなる。
【００１８】ところで、超磁歪薄膜のアクチュエータな
どへの用途展開を考えた場合、薄膜基板面内方向の伸び
が磁場に対して感度が高いことが望まれる。そのため、
基板面内に磁気容易軸を配向したＲＴ系磁歪薄膜を形成
することは重要である。
どへの用途展開を考えた場合、薄膜基板面内方向の伸び
が磁場に対して感度が高いことが望まれる。そのため、
基板面内に磁気容易軸を配向したＲＴ系磁歪薄膜を形成
することは重要である。
【００１９】気相成膜中のＡｒガス圧が０．５Ｐａ未満
だと、基板に垂直に配向した膜が形成され、磁場に対し
て飽和し難くなるが、０．５Ｐａ以上だと基板に磁気容
易軸が配向した膜が得られるので飽和し易くなり、小さ
い磁場に対して基板面内方向の伸びの感度が高くなる。
しかし、成膜中のＡｒガス圧が１．０Ｐａを超えると飽
和磁化の減少により磁歪の値が減少する。
だと、基板に垂直に配向した膜が形成され、磁場に対し
て飽和し難くなるが、０．５Ｐａ以上だと基板に磁気容
易軸が配向した膜が得られるので飽和し易くなり、小さ
い磁場に対して基板面内方向の伸びの感度が高くなる。
しかし、成膜中のＡｒガス圧が１．０Ｐａを超えると飽
和磁化の減少により磁歪の値が減少する。
【００２０】更に、一方向の磁場中にて磁歪薄膜を気相
成長すると、その方向に磁化容易軸が揃うため、小さな
磁場でも大きな磁歪特性を発現する。また、一方向の磁
場中にて磁歪薄膜を気相成長中または成膜後熱処理を行
うと、この方向に磁化容易軸が揃うため小さな磁場でも
大きな磁歪特性を発現する。そこで、基板面に対して平
行な一方向の磁場を印加しつつ気相成長を行うか、ある
いは成膜後熱処理を行うのが好ましい。印加する磁場
は、超磁歪薄膜の保磁力以上として８００Ａ／ｍ以上と
する必要があり、好ましくは４ｋＡ／ｍ以上とする。
成長すると、その方向に磁化容易軸が揃うため、小さな
磁場でも大きな磁歪特性を発現する。また、一方向の磁
場中にて磁歪薄膜を気相成長中または成膜後熱処理を行
うと、この方向に磁化容易軸が揃うため小さな磁場でも
大きな磁歪特性を発現する。そこで、基板面に対して平
行な一方向の磁場を印加しつつ気相成長を行うか、ある
いは成膜後熱処理を行うのが好ましい。印加する磁場
は、超磁歪薄膜の保磁力以上として８００Ａ／ｍ以上と
する必要があり、好ましくは４ｋＡ／ｍ以上とする。
【００２１】
【実施例】（実施例１）超磁歪薄膜は、ＤＣマグネトロ
ンスパッタ法により気相成長させることで作製した。Ｆ
ｅターゲット上にＴｂチップを配置したものを用い、Ｔ
ｂ−Ｆｅ２元系超磁歪薄膜の組成を調整した。予めチャ
ンバ内を真空にして不純物ガスを除去した後、Ａｒガス
を注入した。使用した基板は、縦横３mm×２５mm、厚さ
０．１mmのガラス製である。スパッタパワー２００Ｗに
て約１２０分間スパッタすることにより、膜厚約１μｍ
の超磁歪薄膜を成膜した。
ンスパッタ法により気相成長させることで作製した。Ｆ
ｅターゲット上にＴｂチップを配置したものを用い、Ｔ
ｂ−Ｆｅ２元系超磁歪薄膜の組成を調整した。予めチャ
ンバ内を真空にして不純物ガスを除去した後、Ａｒガス
を注入した。使用した基板は、縦横３mm×２５mm、厚さ
０．１mmのガラス製である。スパッタパワー２００Ｗに
て約１２０分間スパッタすることにより、膜厚約１μｍ
の超磁歪薄膜を成膜した。
【００２２】超磁歪薄膜の評価において、組成分析には
ＥＰＭＡ（電子線プローブ・マイクロアナライザ）を用
い、磁化特性の測定にはＶＳＭ（振動試料型磁力計）を
用いた。薄膜の磁歪による屈曲をカンチレバー・アクチ
ュエータを用いて測定し、磁歪に変換した。
ＥＰＭＡ（電子線プローブ・マイクロアナライザ）を用
い、磁化特性の測定にはＶＳＭ（振動試料型磁力計）を
用いた。薄膜の磁歪による屈曲をカンチレバー・アクチ
ュエータを用いて測定し、磁歪に変換した。
【００２３】図２は、Ａｒガス圧をパラメータとする磁
歪特性のＴｂ組成依存性を示している。Ａｒガス圧を変
化させても、磁歪は、約４０ａｔ％Ｔｂの組成で増大す
る。特にＡｒガス圧０．７Ｐａのときは、Ｔｂ≒４０ａ
ｔ％の組成にて非常に急峻なピーク値が得られた。それ
故、Ｔｂ−Ｆｅ系合金薄膜において、良好な磁歪特性を
発現させるためには、実質的にはＴｂ0.4 Ｆｅ0.6 とす
べきことが分かる。なお、各試料の磁歪εは８０ｋＡ／
ｍの磁場を印加したときの値である。
歪特性のＴｂ組成依存性を示している。Ａｒガス圧を変
化させても、磁歪は、約４０ａｔ％Ｔｂの組成で増大す
る。特にＡｒガス圧０．７Ｐａのときは、Ｔｂ≒４０ａ
ｔ％の組成にて非常に急峻なピーク値が得られた。それ
故、Ｔｂ−Ｆｅ系合金薄膜において、良好な磁歪特性を
発現させるためには、実質的にはＴｂ0.4 Ｆｅ0.6 とす
べきことが分かる。なお、各試料の磁歪εは８０ｋＡ／
ｍの磁場を印加したときの値である。
【００２４】図３は磁歪特性のＡｒガス圧依存性を示し
ている。Ａｒガス圧を０．５Ｐａから１．０Ｐａまで３
段階に変化させ、磁場−磁歪特性を求めた。測定周波数
は１Ｈｚである。磁歪特性はバタフライ曲線を呈する。
Ａｒガス圧が０．５Ｐａ未満だと磁気容易軸が基板面に
対して垂直に立ち始め、Ａｒガス圧が１．０Ｐａを超え
ると飽和磁化の減少により磁歪の値が減少する。Ａｒガ
ス圧０．７Ｐａのときに最も大きな磁歪、即ち磁場８０
ｋＡ／ｍで９７．５ｐｐｍが得られた。これは、磁気容
易軸が基板面に沿って配向するため、飽和し易くなり、
小さい磁場に対して基板面内方向の伸びの感度が高くな
るためである。
ている。Ａｒガス圧を０．５Ｐａから１．０Ｐａまで３
段階に変化させ、磁場−磁歪特性を求めた。測定周波数
は１Ｈｚである。磁歪特性はバタフライ曲線を呈する。
Ａｒガス圧が０．５Ｐａ未満だと磁気容易軸が基板面に
対して垂直に立ち始め、Ａｒガス圧が１．０Ｐａを超え
ると飽和磁化の減少により磁歪の値が減少する。Ａｒガ
ス圧０．７Ｐａのときに最も大きな磁歪、即ち磁場８０
ｋＡ／ｍで９７．５ｐｐｍが得られた。これは、磁気容
易軸が基板面に沿って配向するため、飽和し易くなり、
小さい磁場に対して基板面内方向の伸びの感度が高くな
るためである。
【００２５】（実施例２）実施例と同様、超磁歪薄膜
は、ＤＣマグネトロンスパッタ法により気相成長させる
ことで作製した。Ｆｅターゲット上にＴｂチップを配置
したものを用い、Ｔｂ−Ｆｅ２元系超磁歪薄膜の組成を
調整した。予めチャンバ内を真空にして不純物ガスを除
去した後、Ａｒガスを注入（ガス圧０．７Ｐａ）した。
使用した基板は、縦横３mm×２５mm、厚さ０．１mmのガ
ラス製である。スパッタパワー２００Ｗにて約１２０分
間スパッタすることにより、膜厚約１μｍの超磁歪薄膜
を成膜した。その後、温度を変えて熱処理を行った。熱
処理は、真空中で磁場無しの状態で１時間行った。
は、ＤＣマグネトロンスパッタ法により気相成長させる
ことで作製した。Ｆｅターゲット上にＴｂチップを配置
したものを用い、Ｔｂ−Ｆｅ２元系超磁歪薄膜の組成を
調整した。予めチャンバ内を真空にして不純物ガスを除
去した後、Ａｒガスを注入（ガス圧０．７Ｐａ）した。
使用した基板は、縦横３mm×２５mm、厚さ０．１mmのガ
ラス製である。スパッタパワー２００Ｗにて約１２０分
間スパッタすることにより、膜厚約１μｍの超磁歪薄膜
を成膜した。その後、温度を変えて熱処理を行った。熱
処理は、真空中で磁場無しの状態で１時間行った。
【００２６】図４は、磁歪特性の熱処理温度依存性を示
している。磁歪の値は熱処理温度の変化に対して極大値
を示す。最適熱処理温度は約３００℃であった。なお、
各試料の磁歪εは８０ｋＡ／ｍの磁場を印加したときの
値である。最大の磁歪は、組成がＴｂ＝３９．７４ａｔ
％で３００℃の熱処理のときに得られ、８０ｋＡ／ｍの
磁場で磁歪７０２ｐｐｍであった。この値は、従来技術
には見られない顕著な値である。
している。磁歪の値は熱処理温度の変化に対して極大値
を示す。最適熱処理温度は約３００℃であった。なお、
各試料の磁歪εは８０ｋＡ／ｍの磁場を印加したときの
値である。最大の磁歪は、組成がＴｂ＝３９．７４ａｔ
％で３００℃の熱処理のときに得られ、８０ｋＡ／ｍの
磁場で磁歪７０２ｐｐｍであった。この値は、従来技術
には見られない顕著な値である。
【００２７】図５は磁歪特性と熱処理の有無の関係を示
している。熱処理前と熱処理後について、磁場−磁歪特
性を求めた。測定周波数は１Ｈｚである。磁歪特性はバ
タフライ曲線を呈する。同図に示すように、適切な熱処
理によって、磁歪特性を大幅に改善できることが分か
る。なお、熱処理による保磁力の低下は生じなかった。
超磁歪薄膜の内部応力を測定したところ、成膜直後（熱
処理無し）では１７３ＭＰａであったものが、３００℃
での熱処理後は７０ＭＰａになり、大幅に低減できた。
している。熱処理前と熱処理後について、磁場−磁歪特
性を求めた。測定周波数は１Ｈｚである。磁歪特性はバ
タフライ曲線を呈する。同図に示すように、適切な熱処
理によって、磁歪特性を大幅に改善できることが分か
る。なお、熱処理による保磁力の低下は生じなかった。
超磁歪薄膜の内部応力を測定したところ、成膜直後（熱
処理無し）では１７３ＭＰａであったものが、３００℃
での熱処理後は７０ＭＰａになり、大幅に低減できた。
【００２８】
【発明の効果】従来のバルク材料の場合には自由度に限
界があり、マイクロデバイスへの用途には不向きであっ
たが、本発明は上記のように、基板上に超磁歪材料の薄
膜を気相成膜した超磁歪薄膜素子であるから、種々の形
状のデバイスへの応用が可能となる。しかも本発明は、
気相成長させたＲＴ系の超磁歪材料からなり、その状態
図上で、ＲＴ2 ラーベス相の分解溶融温度とラーベス相
の液相線とが交わる点でのＲの割合をｘａｔ％としたと
き、Ｒの割合をｘ±３ａｔ％とした超磁歪薄膜を有する
素子であるので、小さな磁場でも大きな磁歪を呈する。
界があり、マイクロデバイスへの用途には不向きであっ
たが、本発明は上記のように、基板上に超磁歪材料の薄
膜を気相成膜した超磁歪薄膜素子であるから、種々の形
状のデバイスへの応用が可能となる。しかも本発明は、
気相成長させたＲＴ系の超磁歪材料からなり、その状態
図上で、ＲＴ2 ラーベス相の分解溶融温度とラーベス相
の液相線とが交わる点でのＲの割合をｘａｔ％としたと
き、Ｒの割合をｘ±３ａｔ％とした超磁歪薄膜を有する
素子であるので、小さな磁場でも大きな磁歪を呈する。
【００２９】更に本発明は、気相成長の成膜中もしくは
成膜後に２００〜３５０℃で熱処理を行う超磁歪薄膜素
子の製造方法であるので、薄膜の内部応力を１００ＭＰ
ａ以下に低減することができ、磁歪をより一層大きくす
ることができる。これらによって、新しいマイクロセン
サやスマートアクチュエータ等のマイクロデバイスの実
用化に大きく貢献できる。
成膜後に２００〜３５０℃で熱処理を行う超磁歪薄膜素
子の製造方法であるので、薄膜の内部応力を１００ＭＰ
ａ以下に低減することができ、磁歪をより一層大きくす
ることができる。これらによって、新しいマイクロセン
サやスマートアクチュエータ等のマイクロデバイスの実
用化に大きく貢献できる。
【図１】Ｔｂ−Ｆｅ系の状態図。
【図２】Ａｒガス圧をパラメータとする磁歪特性のＴｂ
組成依存性を示す図。
組成依存性を示す図。
【図３】磁歪特性のＡｒガス圧依存性を示す図。
【図４】磁歪特性の熱処理温度依存性を示す図。
【図５】磁歪特性と熱処理の有無の関係を示す図。
Ｘ ＲＴ2 ラーベス相の分解溶融温度とラーベス相の液
相線とが交わる点
相線とが交わる点
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） Ｈ０１Ｌ 41/22 Ｈ０１Ｌ 41/22 Ｚ (72)発明者 清宮 照夫 東京都港区新橋５丁目36番11号 エフ・デ ィー・ケイ株式会社内 (72)発明者 梅本 美之 東京都港区新橋５丁目36番11号 エフ・デ ィー・ケイ株式会社内 (72)発明者 渡辺 利彦 東京都港区新橋５丁目36番11号 エフ・デ ィー・ケイ株式会社内 (72)発明者 脇若 弘之 長野県長野市若里５丁目16番３号 若里宿 舎３−５ (72)発明者 山田 洋次 長野県長野市大字稲葉上千田191−２ 大 内田アネックス301 (72)発明者 牧村 美加 長野県長野市若里１丁目18番１号 長野県 工業試験場内 Ｆターム(参考） 4G059 AA08 AC30 DA09 DB02 4K029 AA09 BA26 BC06 BD03 CA05 DC03 DC15 DC34 DC39 5E049 AA01 BA16 DB04
Claims (11)
- 【請求項１】 基板と、該基板上に成膜した超磁歪材料
の薄膜とを有する超磁歪薄膜素子において、 前記薄膜は、気相成長させたＲＴ（但し、ＲはＹを含む
希土類元素、ＴはＦｅを主成分とする遷移金属）系の超
磁歪材料からなり、その超磁歪材料の状態図上で、ＲＴ
2 ラーベス相の分解溶融温度とラーベス相の液相線とが
交わる点でのＲの割合をｘａｔ％としたとき、前記超磁
歪材料のＲの割合がｘ±３ａｔ％であることを特徴とす
る超磁歪薄膜素子。 - 【請求項２】 ＲがＴｂであり、Ｔｂの割合が３７〜４
３ａｔ％である請求項１記載の超磁歪薄膜素子。 - 【請求項３】 超磁歪材料からなる薄膜の内部応力が１
００ＭＰａ以下である請求項１又は２記載の超磁歪薄膜
素子。 - 【請求項４】 超磁歪材料からなる薄膜は、その磁気容
易軸が基板面にほぼ平行に配向したものである請求項１
乃至３のいずれかに記載の超磁歪薄膜素子。 - 【請求項５】 基板としてガラス基板を用いる請求項１
乃至４のいずれかに記載の超磁歪薄膜素子。 - 【請求項６】 基板上に超磁歪材料の薄膜を成膜する超
磁歪薄膜素子の製造方法において、 ＲＴ（但し、ＲはＹを含む希土類元素、ＴはＦｅを主成
分とする遷移金属）系の超磁歪材料を用い、その超磁歪
材料の状態図上で、ＲＴ2 ラーベス相の分解溶融温度と
ラーベス相の液相線とが交わる点でのＲの割合をｘａｔ
％としたとき、Ｒの割合がｘ±３ａｔ％である材料を気
相成長させて基板上に薄膜を形成することを特徴とする
超磁歪薄膜素子の製造方法。 - 【請求項７】 ＲとしてＴｂを用い、Ｔｂの割合を３７
〜４３ａｔ％とする請求項６記載の超磁歪薄膜素子の製
造方法。 - 【請求項８】 気相成長の成膜中、不活性ガス圧を０．
５〜１．０Ｐａとする請求項６又は７記載の超磁歪薄膜
素子の製造方法。 - 【請求項９】 気相成長の成膜中もしくは成膜後に２０
０〜３５０℃で熱処理を行い、薄膜の内部応力を１００
ＭＰａ以下とする請求項６乃至８のいずれかに記載の超
磁歪薄膜素子の製造方法。 - 【請求項１０】 気相成長を基板面に平行な一方向の磁
場中で行う請求項６乃至９のいずれかに記載の超磁歪薄
膜素子の製造方法。 - 【請求項１１】 熱処理を基板面に平行な一方向の磁場
中で行う請求項９記載の超磁歪薄膜素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001137294A JP4919310B2 (ja) | 2001-05-08 | 2001-05-08 | 超磁歪薄膜素子の製造方法 |
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|---|---|---|---|
| JP2001137294A JP4919310B2 (ja) | 2001-05-08 | 2001-05-08 | 超磁歪薄膜素子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002335027A true JP2002335027A (ja) | 2002-11-22 |
| JP4919310B2 JP4919310B2 (ja) | 2012-04-18 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001137294A Expired - Fee Related JP4919310B2 (ja) | 2001-05-08 | 2001-05-08 | 超磁歪薄膜素子の製造方法 |
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| JP (1) | JP4919310B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005340429A (ja) * | 2004-05-26 | 2005-12-08 | Fdk Corp | 超磁歪薄膜素子及びその製造方法 |
| JP2009231349A (ja) * | 2008-03-19 | 2009-10-08 | Fdk Corp | 超磁歪薄膜素子及びその製造方法 |
| JP2009236904A (ja) * | 2008-03-04 | 2009-10-15 | Nippon Steel Corp | 変圧器用電磁鋼板の磁歪評価方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07286249A (ja) * | 1994-04-19 | 1995-10-31 | Tdk Corp | 磁歪材の製造方法 |
| JPH098378A (ja) * | 1995-06-14 | 1997-01-10 | Alps Electric Co Ltd | 磁歪素子 |
| JPH0953171A (ja) * | 1995-08-15 | 1997-02-25 | Tokai Univ | 磁歪薄膜の製造方法 |
| JP2000038643A (ja) * | 1998-07-21 | 2000-02-08 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 磁歪材料 |
-
2001
- 2001-05-08 JP JP2001137294A patent/JP4919310B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
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