JP2006260709A - 磁性材料薄膜の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 磁性材料薄膜の製造方法は、磁性材料薄膜を成膜した後、それを試料3として、垂直磁気異方性定数の値がイオンビーム2の照射によって正となるような数値範囲の電流密度でイオンビーム2を試料3に照射する。イオンビーム2の電流密度は、65μA/cm2以下であることが好ましく、磁性材料薄膜を成膜中にイオンビームを照射してもよい。
【選択図】 図1
Description
また、任意の組成を有する磁歪薄膜の磁歪特性を制御できる方法が知られている(特許文献1参照)。
[試料3の作成]
本実施例では、試料3として、非晶性材料であるTb−Fe薄膜を作製した。この試料3をDCマグネトロンスパッタリング法を用いて作製するために、Tbチップ(99.8%;5mm×20mm×1mm)をFe(99.9%;75mmφ×1mm厚)上に放射状に導電性接着剤により接着したチップターゲット(ターゲット)と、このターゲットから60mm離間させた単結晶Si基板(100)(5mm×25mm×0.28mm)とを使用した。成膜条件は、基板温度が室温であり、到達真空度が3.0×10-5Pa以下であるものとした。そして、Arガス(99.999%)を導入後、ターゲットを清浄化するために、100Wで10分間プレスパッタを行った後に、1.0×10-1Pa,50Wの条件で90分間成膜した。
本実施形態の製造方法では、図1に示した方法において、作製したTb−Fe薄膜(試料3)に対して、イオン源1から照射するイオンとして、Arイオン(Ar+イオンまたはArガスともいう)を用いた。具体的には、作製したTb−Fe薄膜を、水冷している試料台(銅チル)上に固定して、真空槽内の真空度が5.0×10-5Pa以下となるまで排気した。そして、Arガスを2.0×10-2Paの圧力で導入し、イオン源1から加速電圧10kVでArガスのイオンビーム2をTb−Fe薄膜(試料3)に照射した。このとき、Arガスのイオン電流密度を27〜80μA/cm2の範囲で変化させ、照射時間を調整することにより、照射量(Dose)が一定の1×1018ions/cm2となるようにした。未照射の薄膜(試料3)と区別するために、後記するように、比較的低レベルのイオンビーム2が照射された薄膜を試料L、比較的高レベルのイオンビーム2が照射された薄膜を試料Hと表記することもある。これらはいずれも非晶性磁性材料である。
[薄膜の組成と構造]
製造したTb−Fe薄膜(試料3)の組成を、エネルギー分散型X線分光法(EDX:Energy Dispersive X-ray analysis)を用いて求めた。その結果、試料3の組成はTb36Fe64であった。なお、この組成は、イオンビーム2を照射した後(試料L,試料H)にもほとんど変化しなかった。また、製造した薄膜の厚みを、触診式段差計を用いて求めた。
イオン電流密度27μA/cm2でArイオンを照射した薄膜(以下、試料L)のX線回折パターン202では、bcc−Feのピークが観測され、30〜45°付近には、ハローパターンが見られなかった。
イオン電流密度70μA/cm2でArイオンを照射した薄膜(以下、試料H1)のX線回折パターン203では、30〜45°付近にハローパターンが見られた。
イオン電流密度80μA/cm2でArイオンを照射した薄膜(以下、試料H2)のX線回折パターン204では、TbFe2の結晶に起因するピークが3箇所観測された。
なお、試料LのX線回折パターン202と試料H1のX線回折パターン203において、Cuのピークが観測される理由は、イオンビーム2により試料台(銅チル)がスパッタされ、試料側面に堆積したためと考えられる。
製造した薄膜の磁歪を光てこ法により求めた。図3は、光てこ法を説明するための説明図である。基板31上に薄膜32が形成された試料3を辺ACに沿って配置し、頂点Aで固定する。そして、辺ACに垂直な辺CFの延長上にレーザ32を配し、辺CFに垂直な辺FEの頂点Eに光センサ33を配する。この状態で、辺ACに平行に頂点A側から磁場Hを試料3に印加すると、試料3は、所定角度αで反りを生じる。磁場H印加時に試料3の端部は頂点Cから頂点Bに移動する。このとき、レーザ32から試料3に光を照射すると、この光は、頂点Bで反射して光センサ33に入射する。このときの反射角の2分の1の値は、所定角度αに等しい。この角度に関する条件と、辺ACの長さ=l、辺BFの長さ=L、辺EFの長さ=Dとしたときに、所定の近似によって、辺BCの長さ=dを求めることができる。この光てこ法により求めた磁歪の結果を図4および図5に示す。
図6は、本実施形態の製造方法で製造した薄膜におけるイオン電流密度特性を示すグラフであって、磁歪の変化比と異方性定数とを示している。このとき、異なる電流密度のイオンビームを照射したときのイオン照射前後の低印加磁場(H=80kA/m=1kOe)における磁歪の変化比と、異方性定数(垂直磁気異方性定数)Kuの変化とを調べた。ここで、イオンビームを照射する前の磁歪をΔλ0、照射後の磁歪をΔλ1としたときに、磁歪の変化比Δλ1/Δλ0を縦軸(左方)とした。なお、磁歪Δλ0、Δλ1は、薄膜面内方向の磁歪を示しており、光てこ法により求められたものである。
また、試料L(27μA/cm2)は、異方性定数Kuが186×103J/m3であった。すなわち、垂直磁化膜であった。なお、異方性定数Kuは、イオン電流密度27μA/cm2のイオンビーム2により、照射前と比べて177%増加した。
また、試料H1(70μA/cm2)は、異方性定数Kuが−45×103J/m3であった。すなわち、面内磁化膜であった。なお、異方性定数Kuは、イオン電流密度70μA/cm2のイオンビーム2により、照射前と比べて負の方向に67%増加した。
異方性定数Kuの電流密度特性602によれば、イオン電流密度が60〜70μA/cm2の範囲で異方性定数Kuの符号が正から負に変化した。すなわち、磁気異方性が面垂直から面内へと移行した。
また、磁歪の変化比Δλ1/Δλ0の電流密度特性601と、異方性定数Kuの電流密度特性602とは、イオン電流密度が65μA/cm2のときに交差した。すなわち、照射イオン電流密度の値が65μA/cm2である状態を境界にして、磁歪の変化比Δλ1/Δλ0の電流密度特性601と、異方性定数Kuの電流密度特性602に大きな変化が生じた。
図7は、本実施形態の製造方法で製造した薄膜におけるイオン電流密度特性を示すグラフであって、残留応力を示している。この図は、イオン電流密度I(μA/cm2)と残留応力σ(GPa)との関係を示すものである。残留応力は、圧縮方向を負にとっており、グラフでは下に行くほど大きくなる。ここでは、試料L(27μA/cm2)と試料H1(70μA/cm2)の結果に加え、60μA/cm2のイオン電流密度を照射した試料の結果が示されている。なお、比較のために、Arガスを照射していない場合(0μA/cm2)の特性を併記する。
2 イオンビーム
3 試料
30 基板
31 薄膜
32 レーザ
33 光センサ
1A イオン源
30A 基板
4 ターゲット
5 Ar+イオン
11 プラズマ発生器
12 アークチャンバー
13 カソード
14 第1アノード
15 第2アノード
16 プラズマフィラメント
17 第3アノード
18 抽出電極
Claims (2)
- 磁性材料薄膜の成膜中または成膜後に、垂直磁気異方性定数の値が荷電粒子線の照射によって正となるような数値範囲の電流密度で前記荷電粒子線を前記磁性材料薄膜に照射することを特徴とする磁性材料薄膜の製造方法。
- 磁性材料薄膜の成膜中または成膜後に、65μA/cm2以下の電流密度で荷電粒子線を前記磁性材料薄膜に照射することを特徴とする磁性材料薄膜の製造方法。
Priority Applications (1)
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JP2005079305A JP2006260709A (ja) | 2005-03-18 | 2005-03-18 | 磁性材料薄膜の製造方法 |
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JP (1) | JP2006260709A (ja) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018048945A (ja) * | 2016-09-23 | 2018-03-29 | 国立大学法人九州大学 | 角度検出装置 |
Citations (4)
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JPH01243234A (ja) * | 1988-03-23 | 1989-09-27 | Toray Ind Inc | 磁気記録媒体の製造方法 |
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2005
- 2005-03-18 JP JP2005079305A patent/JP2006260709A/ja active Pending
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