JP2015007272A

JP2015007272A - 磁性材料およびデバイス

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Publication number: JP2015007272A
Application number: JP2013133106A
Authority: JP
Inventors: 朋子江口; Tomoko Eguchi; 末永　誠一; Seiichi Suenaga; 誠一末永; 原田　耕一; Koichi Harada; 耕一原田; 倫浩末綱; Tomohiro Suetsuna; 利英高橋; Toshihide Takahashi
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2013-06-25
Filing date: 2013-06-25
Publication date: 2015-01-15
Also published as: CN104252941A; US20140374644A1

Abstract

【課題】高周波域で高透磁率と低磁気損失の優れた特性を備える磁性材料を提供する。【解決手段】実施形態の磁性材料は、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉからなる群から選ばれる少なくとも１つの元素を含む磁性金属と、磁性金属内に包含され、Ｆｅ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｂ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｗ、希土類元素、ＢａおよびＳｒからなる群から選ばれる少なくとも１つの元素の酸化物または窒化物または炭化物である第１の化合物とを含む複数の磁性金属粒子と、磁性金属粒子間を充填し、磁性金属粒子より電気抵抗の高いマトリックス相と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、磁性材料およびデバイスに関する。

現在、磁性材料は、インダクタ、電磁波吸収体、磁性インク、アンテナ装置等の様々なデバイスに適用されており非常に重要な材料である。これらのデバイスは、磁性材料の有する透磁率、または磁気損失の特性を、目的に応じて利用している。磁気損失には、強磁性共鳴による損失、磁壁共鳴による損失、磁場印加時の誘導電流による渦電流損失、磁化過程における熱エネルギー損失であるヒステリシス損失が含まれる。インダクタやアンテナ装置は、高い透磁率かつ低い磁気損失を利用し、電磁波吸収体は、高い磁気損失を利用している。そのため、実際にデバイスとして使用する場合は、機器の利用周波数帯域に合わせて透磁率および磁気損失を制御しなければならない。

高い透磁率と低い磁気損失を有する磁性材料は、パワー半導体デバイスに用いるパワーインダクタへの応用に関して注目されている。パワー半導体は、ＭＯＳＦＥＴやパワーダイオードなどに代表される、高い電力やエネルギーを高効率で制御する半導体で、省エネルギーの観点から、家電、コンピュータ、自動車などあらゆる機器に幅広く使われている。

パワー半導体は、現在、Ｓｉが主流であるが、更なる高効率化や機器の小型化のためには、ＳｉＣ、ＧａＮの利用が有効であると考えられている。ＳｉＣやＧａＮはＳｉよりもバンドギャップや絶縁破壊電界が大きく、耐電圧を高くできるため素子を薄型化できる。そのため、半導体のオン抵抗を下げることができ、低損失化・高効率化に有効である。また、ＳｉＣやＧａＮはキャリア移動度が高いため、スイッチング周波数を高周波化することが可能であり、素子を小型化できる。システムの駆動周波数は、ＳｉでのｋＨｚ帯から、ＭＨｚ帯にまで高周波化すると予測されている。

以上の観点から、ＳｉＣ、ＧａＮを用いたパワー半導体の開発が精力的に行われている。そしてパワー半導体を種々の機器に搭載するには、パワーインダクタの開発、すなわち、ＭＨｚ帯で、高透磁率・低磁気損失磁性材料の開発が不可欠である。さらに、大電流に対応できる高い飽和磁化が必要となる。飽和磁化が高いと、高い磁場を印加しても磁気飽和を起こしにくく、実効的なインダクタンス値の低下を抑制できる。これによって、デバイスの直流重畳特性が向上し、システムの効率が向上する。

現在インダクタとして実用化されている磁性材料としては、珪素鋼板やファインメット（日立金属製微結晶材）などの金属系材料、フェライトに代表される酸化物材料がある。金属系材料は、高飽和磁化・高透磁率であるものの、電気抵抗が小さく１ＭＨｚ以上の高周波域では渦電流損失が増大してしまう。また酸化物材料は、材料自体の電気抵抗が高いため高周波域でも低磁気損失であるが、飽和磁化が低いため磁気飽和を起こしやすく、インダクタンス値が低下し、パワーインダクタには適さない。

ＳｉＣやＧａＮなどのパワー半導体向けインダクタには、１ＭＨｚ以上のＭＨｚ帯域で、高飽和磁化、高透磁率、低磁気損失を満たすような磁性材料の開発が不可欠である。

また、高周波域で高い透磁率と低い磁気損失を有する磁性材料は、パワーインダクタ以外にも、アンテナ装置等の高周波通信機器のデバイスへの応用が期待される。アンテナの小型化、省電力化の方法として、高透磁率、低磁気損失の絶縁基板をアンテナ基板とすることで、通信機器内の電子部品や基板へ到達する電波を巻き込んで、電子部品へ電波を到達させずに電波の送受信を行う方法がある。これによって、アンテナの小型化と省電力化が可能となるが、同時に、アンテナの共振周波数を広帯域化することも可能となり好ましい。よってパワーインダクタ用磁性材料が開発されれば、アンテナ装置にも応用が可能である。

また、電磁波吸収体では、高い磁気損失を利用して、電子機器から発生するノイズを吸収し、電子機器の誤動作等の不具合を低減させている。電子機器は様々な周波数帯域で使用されており、所定の周波数帯域で高い磁気損失が求められる。一般に磁性材料は、強磁性共鳴周波数付近において高い磁気損失を示す。ＭＨｚ帯域で低損失な磁性材料の強磁性共鳴周波数はおよそＧＨｚ帯域となる。よって、ＭＨｚ帯パワーインダクタ用磁性材料は、例えばＧＨｚ帯で使用する電波吸収体にも応用可能である。

このように、ＭＨｚ帯域で高透磁率、低磁気損失の材料が開発できれば、ＭＨｚ帯以上の高周波域のパワーインダクタ、アンテナ装置、電磁波吸収体などにも使用することができる。しかしこれまで提案されているいずれの磁性材料も、必ずしも十分な特性を備えていない。

特開２００８−４１９６１号公報

本発明が解決しようとする課題は、高周波域で高透磁率と低磁気損失の優れた特性を備える磁性材料およびこれを用いたデバイスを提供することにある。

実施形態の磁性材料はＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉからなる群から選ばれる少なくとも１つの元素を含む磁性金属と、前記磁性金属内に包含され、Ｆｅ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｂ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｗ、希土類元素、ＢａおよびＳｒからなる群から選ばれる少なくとも１つの元素の酸化物、窒化物または炭化物である第１の化合物とを含む複数の磁性金属粒子と、前記磁性金属粒子間を充填し、前記磁性金属粒子より電気抵抗の高いマトリックス相と、を備える。

第１の実施形態の磁性材料の模式図である。第２の実施形態の磁性材料の模式図である。第３の実施形態の磁性材料の模式図である。第５の実施の形態のデバイスの概念図である。第５の実施の形態のデバイスの概念図である。第５の実施の形態のデバイスの概念図である。

以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。

発明者らは、磁性材料において、磁性金属粒子の内部に酸化物、窒化物または炭化物である化合物を含有させることで、磁性金属粒子の、強度、内部抵抗を高め、高周波域において、高飽和磁化・高透磁率・低磁気損失の優れた特性を有する磁性材料が、容易に製造できることを見出した。本発明は、発明者らによって見出された上記知見に基づき完成されたものである。

（第１の実施形態）
本実施形態の磁性材料は、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉからなる群から選ばれる少なくとも１つの元素を含む磁性金属と、磁性金属内に包含され、Ｆｅ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｂ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｗ、希土類元素、ＢａおよびＳｒからなる群から選ばれる少なくとも１つの元素の酸化物、窒化物または炭化物である第１の化合物とを含む複数の磁性金属粒子と、磁性金属粒子間を充填し、磁性金属粒子より電気抵抗の高いマトリックス相と、を備える

本実施形態の磁性材料は、上記構成を備えることにより、１ＭＨｚ以上のＭＨｚ帯域で高飽和磁化、高透磁率、低磁気損失を実現する。

図１は、本実施形態の磁性材料の断面模式図である。本実施形態の磁性材料は、磁性金属粒子１０と、マトリックス相１４で構成される。磁性金属粒子１０は、磁性金属１１と、磁性金属１１内に含有される第１の化合物１２とで構成される。

磁性金属１１は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉからなる群から選ばれる少なくとも１つの元素を含む磁性金属である。磁性金属１１は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ単体の金属でも良い。磁性金属１１は、Ｆｅ基合金、Ｃｏ基合金、ＦｅＣｏ基合金、ＦｅＮｉ基合金などの合金でもよい。Ｆｅ基合金は、例えばＦｅＮｉ合金、ＦｅＭｎ合金、ＦｅＣｕ合金を挙げることができる。Ｃｏ基合金は、例えばＣｏＮｉ合金、ＣｏＭｎ合金、ＣｏＣｕ合金を挙げることができる。ＦｅＣｏ基合金は、例えばＦｅＣｏＮｉ、ＦｅＣｏＭｎ、ＦｅＣｏＣｕ合金を挙げることができる。

磁性金属粒子１０は球状粒子で、磁性金属１１は多結晶質または非晶質である。

第１の化合物１２は、Ｆｅ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｗ、希土類元素、ＢａおよびＳｒからなる群から選ばれる少なくとも１つの元素を含む酸化物、窒化物または炭化物である。第１の化合物１２は、磁性金属粒子１０の磁性金属１１の結晶粒界または非晶質中に存在する。

マトリックス相１４は、磁性金属粒子１０より電気抵抗が高い。マトリックス相１４は、材料全体に流れる渦電流による渦電流損失を抑制する観点から、電気抵抗の高い材料が好ましい。例えば、空気、ガラス、有機物樹脂、酸化物、窒化物、炭化物などが挙げられる。マトリックス相１４の材料の抵抗値は、例えば１ｍΩ・ｃｍ以上が好ましい。

磁性金属粒子１０の電気抵抗が、マトリックス相１４の電気抵抗よりも高いことは、端子間の電流および電圧値から電気抵抗を求める、四端子法または二端子法電気抵抗測定により判定することが可能である。例えば、走査電子顕微鏡にて、磁性金属粒子とマトリックス相とが混合された試料の電子像を観察しながら、磁性金属粒子とマトリックス相のそれぞれに端子（プローブ）を接触させ、電気抵抗を測定する方法がある。

本実施形態の磁性材料は、磁性金属粒子１０内に、磁性金属１１よりも電気抵抗の高い第１の化合物１２が包含されることにより、磁性金属粒子１０内の渦電流が抑制され、低磁気損失の磁性材料が実現可能である。

また、第１の化合物１２が、磁性金属１１の結晶粒界に存在することにより、粒界を介した酸素の拡散が抑制される。したがって、磁性金属１１の酸化が抑制され、信頼性の高い磁性材料が実現される。

第１の化合物１２の剛性は、磁性金属１１の剛性よりも高いことが望ましい。磁性金属粒子１０内に、磁性金属１１より剛性の高い第１の化合物１２を包含することにより、高い機械的強度を備えることが可能となる。

磁性金属粒子１０を切断した断面において、粒子内部に含まれる第１の化合物１２の面積の割合Ａは、０．１％≦Ａ≦２０％であることが好ましい。第１の化合物１２の面積が２０％より大きいと、磁性材料全体の磁化が低減するおそれがある。第１の化合物１２の面積が０．１％より小さいと、十分な機械的強度、信頼性、低磁気損失性が得られないおそれがある。

第１の化合物１２の面積の割合Ａは、例えば、ＴＥＭ等による断面観察を行うことで算出する。例えば、ＴＥＭ像から磁性金属１１と酸化物１２との画像処理により境界を定め、面積の割合を求めることが可能である。

また、画像処理等のみで境界を定めることが困難な場合には、第１の化合物１２の面積の割合Ａは、磁性金属粒子１０の断面を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）およびエネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＸ）を用いて観察し、算出する。磁性金属粒子１０の断面ＴＥＭ像においてＥＤＸを照射し、元素マッピングをおこない、断面ＴＥＭ画像および元素マッピングで得られた情報を総合し、Ａ’＝酸素または窒素または炭素元素が検出される粒子断面積／磁性金属粒子１０の断面積、とする。Ａは、任意の１０個の磁性金属粒子におけるＡ’の平均値とする。

磁性材料における磁性金属粒子１０の体積率は、磁性材料全体に対して２０％以上８０％以下の体積率を占めることが望ましい。体積率が８０％を超えると、磁性材料全体の電気的抵抗が小さくなり、試料全体に流れる渦電流による渦電流損失が増大するおそれがある。体積率が２０％未満になると、磁性金属の体積率が低下することで磁性材料の飽和磁化が低下し、透磁率が低下するおそれがある。

磁性金属粒子１０は、平均粒径が１００ｎｍ以上１５μｍ以下であることが好ましい。一般的に、渦電流損失は周波数の２乗に比例し、高周波域では渦電流損失が増大する。磁性粒子１０の粒径が１５μｍより大きいと、粒子内に発生する渦電流損失がおよそ１ＭＨｚ以上で顕著になるため好ましくない。また、強磁性共鳴周波数が低下し、ＭＨｚ帯域で強磁性共鳴による損失が発現するため好ましくない。磁性金属粒子１０の粒径が１００ｎｍより小さくなると、ＭＨｚ帯域での渦電流損失は小さいが、保磁力が大きくヒステリシス損失が増大するため好ましくない。このように、ＭＨｚ帯で低磁気損失の磁性材料を実現するには、磁性金属粒子の適した粒径の範囲がある。また、磁性金属粒子は粒径を小さくしていくと、自然酸化による飽和磁化の低下がおこる。本実施形態では、磁性金属粒子１０の結晶粒界または非晶質中に第１の化合物１２を含有させることで、磁性金属粒子１０内への酸素の拡散による磁性金属１１の酸化を抑制し、ＭＨｚ帯に適した小粒径の磁性金属粒子においても、高飽和磁化を実現することができる。それにより高い透磁率も得ることができる。このように、本実施形態によれば、ＭＨｚ帯で高飽和磁化・高透磁率・低磁気損失の磁性材料が実現される。

本実施形態の磁性材料を製造する際に、磁性金属粒子の内部に化合物（第１の化合物）を含有させるには、ミルでの加工において、ハイパワーミル装置を用いることが好ましい。磁性金属と化合物をミルで混合し、磁性金属粒子の内部に化合物を機械的に含有させる方法や、Ｆｅ、ＣｏまたはＮｉ中に、酸素、窒素または炭素を含有する原料から、ハイパワーミルによって、酸化物、窒化物または炭化物を析出させる方法などがある。磁性金属と化合物をミルで混合する場合、用いる化合物の粒径は５ｎｍ以上１００ｎｍ以下が好ましい。化合物の粒径が５ｎｍ以下の場合、磁性金属粒子の内部抵抗が十分に増大しないおそれがある。化合物の粒径が１００ｎｍ以上の場合、化合物が磁性金属粒子内に包含されにくくなるおそれがある。強い重力加速度が印加できる装置であれば装置の種類を選ばない。例えば、回転ボールミル、振動ボールミル、撹拌ボールミル（アトライタ）、ビーズミル、遊星ミル、ジェットミル、などが挙げられる。重力加速度は、４０Ｇ以上、特に１００Ｇ以上が好ましい。使用するボールやビーズの径は、０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下が好ましい。ボールの径が０．１ｍｍより小さいと、粉末の回収が困難になり収率が上がらないため好ましくない。ボールの径が１０ｍｍより大きいと、ボールと磁性金属粒子とが接触する確率が低くなり、磁性金属粒子の内部に化合物を含有させることができない。ミルでの加工は、溶媒を用いた湿式ミルが好ましい。これは、溶媒を入れることにより、均一な粒子合成が可能となるためである。

（第２の実施形態）
本実施形態の磁性材料は、磁性金属粒子が、磁性金属内に包含され、Ｆｅ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｂ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｗ、希土類元素、ＢａおよびＳｒからなる群から選ばれる少なくとも１つの元素の酸化物、窒化物または炭化物であって、第１の化合物よりも電気抵抗の高い第２の化合物をさらに含むこと以外は第１の実施形態と同様である。したがって、第１の実施形態と重複する内容については、記述を省略する。

図２は、本実施形態の磁性材料の断面模式図である。本実施形態の磁性材料は、磁性金属粒子１０と、マトリックス相１４で構成される。磁性金属粒子１０は、磁性金属１１と、磁性金属１１内に含有される第１の化合物１２および第２の化合物１３とで構成される。

第１の化合物１２は、例えば、酸化鉄である。そして、第２の化合物１３は、第１の化合物１２とは異なる化合物である。第２の化合物１３は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）の酸化物であるアルミナである。

本実施の形態の磁性材料は、第１の化合物１２よりも電気抵抗の高い第２の化合物１３を磁性金属粒子内に備えることにより、さらに磁性金属粒子の内部抵抗が高く、渦電流損失の低い磁性材料を実現することが可能である。また、第２の化合物１３を第１の化合物１２よりも剛性高い材料とすることにより、さらに磁性材料の強度を高めることが可能である。したがって、より信頼性の向上した磁性材料が実現される。また、第１の化合物に加え、第２の化合物の包含量を調整することで、渦電流損失や剛性を、デバイスの使用条件に適した値に調整することがより容易になる。

第２の化合物１３の電気抵抗が、第１の化合物１２の電気抵抗よりも高いことは、例えば、原子間力顕微鏡を用い、化合物１２および１３上に探針を接触させ、電流と電圧を測定し電気抵抗を算出することにより判定することが可能である。

（第３の実施形態）
本実施形態の磁性材料は、磁性金属粒子が球状粒子ではなく、扁平粒子であること以外は、第１の実施形態と同様である。したがって、第１の実施形態と重複する内容については、記述を省略する。

磁性金属粒子１０は、球状粒子でもよいが、扁平粒子であるとより好ましい。扁平粒子は、扁平粒子の最長径に沿って切断した断面の長軸をＸ、短軸をＹとしたとき、１００ｎｍ≦Ｘ≦１５μｍであり、２０ｎｍ≦Ｙ≦７．５μｍであり、アスペクト比Ｘ／Ｙが２以上であることが好ましい。

図３は、本実施形態の磁性材料の模式図である。

磁性金属粒子１０をアスペクト比の大きい扁平粒子にすると、形状による磁気異方性（磁化容易軸、磁化困難軸）を付与することができる。磁化容易軸を扁平粒子の長軸方向に揃えることによって、透磁率を増大させることが可能となる。また、扁平粒子を用いることで、磁性金属粒子の充填率を増大させることができ、磁性材料の単位体積当たりまたは単位重量当たりの飽和磁化が増大し、高飽和磁化・高透磁率材料となる。

長軸Ｘが１５μｍより大きいと、ＭＨｚ帯域での強磁性共鳴による損失と粒子内渦電流損失が増大するため好ましくない。長軸Ｘが１００ｎｍより小さくなると、保磁力が大きくヒステリシス損失が増大するため好ましくない。短軸Ｙが７．５μｍ以上だと、アスペクト比が小さくなり、透磁率増大の効果が得られないおそれがある。短軸Ｙが２０ｎｍより小さいと、磁性金属粒子１０内に、化合物１２を含有することが困難になり、十分な強度や内部抵抗が得られないおそれがある。

上記長軸Ｘ、短軸Ｙは、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて観察する。磁性金属粒子１０の最長径に沿って切断した断面ＴＥＭ画像から、その粒子の長軸、短軸の長さを測定する。任意の１０個の磁性金属粒子について同様に測定し、それらの長軸の平均値をＸ、短軸の平均値をＹとする。

（第４の実施形態）
本実施形態の磁性材料は、凝集した磁性金属粒子を含有すること以外は、第１の実施形態と同様である。したがって、第１の実施形態と重複する内容については、記載を省略する。ここで、凝集した磁性金属粒子とは、磁性金属粒子１０に、別の１個以上の磁性金属粒子１０が、マトリクス相１４を介さずに接触している状態を意味するものとする。

たとえば、粒径５μｍの磁性金属粒子（１次粒子）が２個凝集し、粒径の最長部が１０μｍである２次粒子になった場合を考える。粒子同士の接点が小さくても磁気的には強く結合するため、上記２次粒子は粒径１０μｍの磁性金属粒子（１次粒子）の場合と同じ磁気特性を示すが、電流は粒子同士の接点部分で流れにくくなる。よって上記粒径１０μｍの２次粒子は、粒径５μｍの粒子よりも保磁力を小さく、すなわちヒステリシス損失を小さくすることが可能であり、かつ、粒径１０μｍの磁性金属粒子（１次粒子）よりも渦電流損失を小さくすることが可能である。

磁性金属粒子１０は２個以上１０個以下凝集していることが好ましい。１０個より多く凝集すると、２次粒子の粒径が大きくなり、強磁性共鳴周波数が低下し、強磁性共鳴による損失が発現するおそれがあるため望ましくない。

（第５の実施形態）
本実施形態のデバイスは、上記実施形態で説明した磁性材料を備えるデバイスである。したがって、上記実施形態と重複する内容については記載を省略する。

本実施形態のデバイスは、例えば、インダクタ、チョークコイル、フィルター、トランス等の高周波磁性部品、アンテナ基板・部品、電波吸収体等である。

上述の実施形態の磁性材料の特徴を最も活かしやすい用途はインダクタである。特に、１ＭＨｚ以上のＭＨｚ帯域において高い電流が印加されるパワーインダクタに適用されると、磁性材料の備える高飽和磁化・高透磁率・低磁気損失の効果を発揮しやすい。

図４、図５、図６は、本実施形態のインダクタの概念図の一例である。

最も基本的な構造としては、図４（ａ）の、リング状の磁性材料にコイル巻き線が施された形態、図４（ｂ）の棒状の磁性材料にコイル巻き線が施された形態等が挙げられる。磁性金属粒子とマトリックス相を、リング状や棒状に一体化するには、０．１ｋｇｆ／ｃｍ^２以上の圧力でプレス成型することが好ましい。圧力が０．１ｋｇｆ／ｃｍ^２より小さいと、成型体内部の空隙が多くなり、磁性金属粒子の体積率が低下し、飽和磁化、透磁率が小さくなるおそれがある。プレス成型は、一軸プレス成型法、ホットプレス成型法、ＣＩＰ（等方圧成形）法、ＨＩＰ（熱間等方圧加圧法）法、ＳＰＳ（放電プラズマ焼結法）法、等の手法が挙げられる。本実施形態の磁性材料は、磁性金属粒子内部に化合物を含有することで、高い強度を得ることができるため、本実施形態のデバイスは、成型体の割れが少なく、信頼性の高いデバイスとなる。

更には、図５（ａ）に示す、コイル巻き線と磁性材料が一体となったチップインダクタや、図５（ｂ）に示す平面型インダクタ等にすることもできる。チップインダクタは、図５（ａ）のように積層型にしても良い。

図６は、トランス構造のインダクタを示す。

図４〜図６は代表的な構造を載せたにすぎず、実際は、用途と要求されるインダクタ特性に応じて、構造や寸法を変えることが好ましい。

本実施形態のデバイスによれば、特に１ＭＨｚ以上のＭＨｚ帯域で、高い飽和磁化、高い透磁率、低い磁気損失を有し、かつ高い強度を有する磁性材料を用いることにより、優れた特性のデバイスが実現可能となる。

以下、本発明の実施例について説明する。

（実施例１）
粒径３μｍのＦｅ粒子とアセトンを、ＺｒＯ_２容器とＺｒＯ_２ボールを用いた遊星型ミルに入れ、Ａｒ雰囲気下・１０００ｒｐｍ・１０時間ミル加工し、磁性金属がＦｅであり、粒子内部に包含される第１の化合物が酸化鉄であり、直径が１００ｎｍである磁性金属粒子を得た。この磁性金属粒子の断面を、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観察したところ、粒子内部に含まれる酸化鉄の面積の割合の平均値が０．１％であった。この磁性金属粒子とビニル樹脂を１００：１０重量比で混合し、プレス成型によりリング状の評価用材料を作製した。

この評価用材料について、振動試料型磁力系（ＶＳＭ）を用いて、印加磁場に対する磁化の大きさを測定したところ、飽和磁化は１．０Ｔであった。

この評価用材料に銅線を４０回巻き、岩通計測製Ｂ−ＨアナライザＳＹ−８２３２を用い、１ＭＨｚにおける比透磁率と磁気損失（コアロス）を測定した。磁気損失を測定する場合、材料の透磁率に合わせて磁束密度条件を決めなければならない。磁束密度Ｂ、透磁率μ、インダクタンスＬ、電流Ｉ、体積Ｖとしたとき、Ｂ^２＝μＬＩ^２／Ｖの式が成り立つ。本実施例ではＬ、Ｉ、Ｖ一定で、μ＝１０のときＢ＝９．３８ｍＴとなるよう、各材料の磁束密度条件を決めた（例えばμ＝５ならばＢ＝６．６３ｍＴとなる）。上記のように作製した評価用材料は、比透磁率が９．１、磁気損失が０．７１Ｗ／ｃｃであった。以上の測定結果をまとめて表１に示す。

（比較例１）
粒径１００ｎｍのＦｅ粒子と、ビニル樹脂を１００：１０重量比で混合し、プレス成型によりリング状の評価用材料を作製した。この磁性金属粒子はＦｅであり、粒子内部に第１の化合物を含有していない。この評価用材料について、実施例１と同様にして、測定を行った。その結果を表１に示す。

（実施例２）
粒径３μｍのＦｅ粒子と、粒径３００ｎｍの酸化第二鉄を１００：８重量比で混合し、アセトンを加え、ＺｒＯ_２容器とＺｒＯ_２ボールを用いた遊星型ミルに入れ、Ａｒ雰囲気下・２０００ｒｐｍ・１０時間ミル加工した。これにより磁性金属がＦｅであり、粒子内部に包含される第１の化合物が酸化鉄であり、直径が１００ｎｍである磁性金属粒子を得た。この磁性金属粒子を用いたこと以外は、実施例１と同様にして、評価用材料の作製、測定を行った。その結果を表１に示す。

（実施例３）
粒径３μｍのＦｅ粒子と、粒径３００ｎｍの酸化第二鉄の重量比を１００：１５としたこと以外は、実施例２と同様にして、評価用材料の作製、測定を行った。その結果を表１に示す。

（実施例４）
磁性金属粒子とビニル樹脂の重量比を１００：１．５としたこと以外は、実施例１と同様にして、評価用材料の作製、測定を行った。その結果を表１に示す。

（実施例５）
磁性金属粒子とビニル樹脂の重量比を１００：２０としたこと以外は、実施例１と同様にして、評価用材料の作製、測定を行った。その結果を表１に示す。

（実施例６）
磁性金属粒子とビニル樹脂の重量比を１００：１としたこと以外は、実施例１と同様にして、評価用材料の作製、測定を行った。その結果を表１に示す。

（実施例７）
磁性金属粒子とビニル樹脂の重量比を１００：２５としたこと以外は、実施例１と同様にして、評価用材料の作製、測定を行った。その結果を表１に示す。

（実施例８）
粒径５０μｍのＦｅ粒子とアセトンを、Ａｒ雰囲気下・２時間アトライタ加工し、磁性金属がＦｅであり、粒子内部に包含される第１の化合物が酸化鉄であり、直径が１５μｍである磁性金属粒子を得た。この磁性金属粒子を用いたこと以外は、実施例１と同様にして、評価用材料の作製、測定を行った。その結果を表１に示す。

（実施例９）
加工時間を１時間にしたこと以外は実施例８と同様にして、評価用材料の作製、測定を行った。その結果を表１に示す。

（実施例１０）
ミル加工時間が２０分であること以外は、実施例１と同様にして、評価用材料の作製、測定を行った。その結果を表１に示す。

（実施例１１）
ミル加工時間が２時間であること以外は、実施例１と同様にして、評価用材料の作製、測定を行った。その結果を表１に示す。磁性金属粒子は２〜１０個凝集していた。

（実施例１２）
粒径３μｍのＦｅ粒子と、Ａｌ_２Ｏ_３を１００：２重量比で混合し、アセトンを加え、ＺｒＯ_２容器とＺｒＯ_２ボールを用いた遊星型ミルに入れ、Ａｒ雰囲気下・７００ｒｐｍ・２時間ミル加工した。これにより磁性金属がＦｅであり、粒子内部に包含される第１の化合物が酸化鉄、第２の化合物がＡｌ_２Ｏ_３であり、直径１０μｍ、厚さ２００ｎｍの扁平粒子である磁性金属粒子を得た。この磁性金属粒子を用いたこと以外は、実施例１と同様にして、評価用材料の作製、測定を行った。その結果を表１に示す。

（実施例１３）
Ａｌ_２Ｏ_３の代わりにＳｉＯ_２を用いたこと以外は、実施例１と同様にして、評価用材料の作製、測定を行った。その結果を表１に示す。

実施例１〜１３の磁性金属粒子は、粒子内部に第１の化合物を、または、第１の化合物に加えて第２の化合物を含有しており、表１から明らかなように、第１の化合物を含有していない比較例１に比べ、１ＭＨｚにおける磁気損失が小さく、高周波域において優れた磁気特性を有することがわかる。

また、磁性金属粒子内部に含有される化合物の面積が０．１％以上２０％以下であり、磁性材料中の磁性金属粒子の体積率が２０％以上８０％以下であり、磁性金属粒子の粒径が１００ｎｍ以上１５μｍ以下である実施例１、２、４、５および８は、これらの範囲のいずれかからはずれる実施例６、９および比較例１よりも、１ＭＨｚにおける磁気損失が低く、また、これらの範囲のいずれかからはずれる実施例３、７よりも、飽和磁化および比透磁率が高く、高周波域において優れた磁気特性を有している。

また、磁性金属粒子が扁平粒子で、粒子の長軸が１００ｎｍ以上１５μｍ以下であり、短軸が２０ｎｍ以上７．５μｍ以下であり、アスペクト比が２以上の範囲である実施例１０〜１３は、実施例１〜９と同程度に１ＭＨｚにおける磁気損失が低く、高周波域において優れた磁気特性を有している。

また、磁性金属粒子の内部に、第１の化合物に加えて第２の化合物を含有している実施例１２および１３は、第２の化合物を含有していない実施例１０、１１よりも、１ＭＨｚにおける磁気損失が低く、高周波域において優れた磁気特性を有している。

本発明のいくつかの実施形態および実施例を説明したが、これらの実施形態および実施例は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０磁性金属粒子
１１磁性金属
１２第１の化合物
１３第２の化合物
１４マトリックス相

Claims

Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉからなる群から選ばれる少なくとも１つの元素を含む磁性金属と、前記磁性金属内に包含され、Ｆｅ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｂ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｗ、希土類元素、ＢａおよびＳｒからなる群から選ばれる少なくとも１つ元素の酸化物、窒化物または炭化物である第１の化合物とを含む複数の磁性金属粒子と、
前記磁性金属粒子間を充填し、前記磁性金属粒子より電気抵抗の高いマトリックス相と、
を備えることを特徴とする磁性材料。
前記磁性金属粒子の断面において、前記磁性金属粒子内部に含まれる前記第１の化合物の面積の割合の平均値が０．１％以上２０％以下であることを特徴とする請求項１記載の磁性材料。
前記磁性材料中の、前記磁性金属粒子の体積率が、２０％以上８０％以下であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の磁性材料。
前記磁性金属粒子の粒径が、１００ｎｍ以上１５μｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし請求項３いずれか一項記載の磁性材料。
前記磁性金属粒子が扁平粒子で、前記扁平粒子の最長径に沿って切断した断面の長軸の平均値をＸ、短軸の平均値をＹとしたとき、１００ｎｍ≦Ｘ≦１５μｍであり、２０ｎｍ≦Ｙ≦７．５μｍであり、アスペクト比Ｘ／Ｙが２以上であることを特徴とする請求項１ないし請求項４いずれか一項記載の磁性材料。
前記磁性金属粒子が２個以上１０個以下凝集していることを特徴とする請求項１ないし請求項５いずれか一項記載の磁性材料。
前記磁性金属粒子が、前記磁性金属内に包含され、Ｆｅ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｂ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｗ、希土類元素、ＢａおよびＳｒからなる群から選ばれる少なくとも１つの元素の酸化物、窒化物または炭化物であって、前記第１の化合物よりも電気抵抗の高い第２の化合物をさらに含むことを特徴とする請求項１ないし請求項６いずれか一項記載の磁性材料。
請求項１ないし請求項７いずれか一項記載の磁性材料を用いたデバイス。