JP2017041599A - Ultra high frequency ferromagnetic thin film and manufacturing method thereof - Google Patents

Ultra high frequency ferromagnetic thin film and manufacturing method thereof Download PDF

Info

Publication number
JP2017041599A
JP2017041599A JP2015163849A JP2015163849A JP2017041599A JP 2017041599 A JP2017041599 A JP 2017041599A JP 2015163849 A JP2015163849 A JP 2015163849A JP 2015163849 A JP2015163849 A JP 2015163849A JP 2017041599 A JP2017041599 A JP 2017041599A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
magnetic
thin film
less
magnetic field
film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2015163849A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6618298B2 (en
Inventor
直江 正幸
Masayuki Naoe
正幸 直江
昭光 飯塚
Akimitsu Iizuka
昭光 飯塚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Res Inst For Electromagnetic Mat
Research Institute for Electromagnetic Materials
Original Assignee
Res Inst For Electromagnetic Mat
Research Institute for Electromagnetic Materials
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Res Inst For Electromagnetic Mat, Research Institute for Electromagnetic Materials filed Critical Res Inst For Electromagnetic Mat
Priority to JP2015163849A priority Critical patent/JP6618298B2/en
Publication of JP2017041599A publication Critical patent/JP2017041599A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6618298B2 publication Critical patent/JP6618298B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Thin Magnetic Films (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetic thin film suitable for an electromagnetic induction electronic device of an electronic device.SOLUTION: The composition (atomic ratio) of a ferromagnetic thin film having in-plane uniaxial magnetic anisotropy is represented by the general formula LMF. L is Fe, Co and/or Ni and M is Li, Mg, Al, Ca, Sr, Ba, Gd and/or Y. F is fluorine, the composition ratio a is 3% or more and less than 7%, b is 6% or more and less than 18%. The sum of a+b is 10% or more and 24% or less, that is, L is 76% or more and 90% or less. A saturation magnetization having a structure in which a metal consisting of L and a fluoride of M and F are mixed is 3.5 kG or more and 21.5 kG or less and an anisotropic magnetic field is 300Oe or more. The ferromagnetic resonance frequency of the high frequency magnetic permeability is 7 GHz or more. The resistivity is 1.0×10μohm cm or more.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、超高周波強磁性薄膜に関するものであり、さらに詳しく述べるならば、電子機器の電磁誘導性電子デバイスに使用される、膜面内に一軸磁気異方性を有する超高周波磁性薄膜に関するものである。近年、電子機器における情報処理・伝送の高速化が急速に進展しており、それらの動作周波数が、従来の高周波帯域(1 GHz以下)から、例えば無線LAN規格の2.4 GHz帯のように、準マイクロ波(〜3 GHz)にまで高まっている。今後は、通信速度を高めるためにさらに高いSHF帯(3 GHz〜)で、例えば5.2 GHz規格の無線LANなどが主流となってくるであろう。また、近年の電子機器は多機能化および小型化されているので、内部容積の大部分を占める電子デバイス、例えばインダクタ,カプラ,バラン、ノイズフィルター等の電磁誘導性高周波磁気デバイスの小型化および集積化への要求が強い。このためには、従来の空芯磁気デバイスに磁性体を導入し、磁気回路のリラクタンスを低下させることが非常に有効である。以上のためには、低くとも7 GHz以上まで透磁率が一定を保つ磁性材料、言い換えれば磁気共鳴周波数が極めて高い材料が望まれる。さらには、最近の電子デバイスの動向として、薄膜デバイス化、および半導体ICとの一体化への検討が活発であり、磁性体は薄膜材料としての期待が持たれる。
さらに、本発明は、材料特性をさらに向上することができる新規な製造プロセスに関する。すなわち、以下詳述するように本発明の超高周波強磁性薄膜は通常の薄膜製造プロセスにより成膜することができるが、プロセス条件を変更することにより、ナノグラニュラー膜の異方性分散を少なくすることができる。
The present invention relates to an ultra-high-frequency ferromagnetic thin film, and more specifically, relates to an ultra-high-frequency magnetic thin film having uniaxial magnetic anisotropy in the film plane, which is used for electromagnetic inductive electronic devices of electronic equipment. It is. In recent years, the speed of information processing and transmission in electronic devices has been rapidly increasing, and their operating frequency has been reduced from the conventional high-frequency band (1 GHz or less) to, for example, the wireless LAN standard 2.4 GHz band. It has increased to microwave (~ 3 GHz). In the future, in order to increase the communication speed, a higher SHF band (from 3 GHz) will be the mainstream, for example, a 5.2 GHz standard wireless LAN. In addition, since electronic devices in recent years have become multifunctional and downsized, electronic devices that occupy most of the internal volume, such as electromagnetic induction high-frequency magnetic devices such as inductors, couplers, baluns, and noise filters, have been downsized and integrated. There is a strong demand for conversion. For this purpose, it is very effective to reduce the reluctance of the magnetic circuit by introducing a magnetic material into a conventional air-core magnetic device. For this reason, a magnetic material whose magnetic permeability remains constant up to at least 7 GHz, in other words, a material with an extremely high magnetic resonance frequency is desired. Furthermore, as a recent trend of electronic devices, active consideration is being given to thin film devices and integration with semiconductor ICs, and magnetic materials are expected as thin film materials.
Furthermore, the present invention relates to a novel manufacturing process that can further improve material properties. That is, as described in detail below, the ultrahigh-frequency ferromagnetic thin film of the present invention can be formed by a normal thin film manufacturing process, but the anisotropic dispersion of the nanogranular film can be reduced by changing the process conditions. Can do.

以下既存の代表的磁性材料の長所・短所を明らかにするが、従来の磁性材料は、高周波帯域まで充分な特性を維持できない。       The advantages and disadvantages of existing typical magnetic materials will be clarified below, but conventional magnetic materials cannot maintain sufficient characteristics up to the high frequency band.

結晶質金属磁性材料
Fe、Co、Ni単体もしくはそれらを含む合金が代表的結晶質磁性材料である。金属材料は、非常に良好な磁気特性を有し、透磁率の強磁性共鳴周波数がGHz帯まで伸びるものがある。ただし、比抵抗が高くとも1×101 μΩ・cm台と極めて小さいために、一般に1 MHz以上の高周波帯域では磁性材料内部に渦電流が発生し、深刻な損失をもたらす。この渦電流損失低減のためには、これらを極めて薄い薄膜にしなければならず、磁気回路の高リラクタンス化や反磁界によって、デバイス適用時の実効的透磁率は小さい。
Crystalline metal magnetic material
Fe, Co, Ni alone or an alloy containing them is a typical crystalline magnetic material. Some metal materials have very good magnetic properties, and the magnetic resonance ferromagnetic resonance frequency extends to the GHz band. However, since the specific resistance is as small as 1 × 10 1 μΩ · cm, even if the resistivity is high, eddy currents are generally generated inside the magnetic material in the high frequency band of 1 MHz or more, causing serious loss. In order to reduce this eddy current loss, these must be made into an extremely thin thin film, and the effective magnetic permeability at the time of device application is small due to the high reluctance of the magnetic circuit and the demagnetizing field.

フェライト材料
セラミックスであるフェライトは酸化物であり、比抵抗が低くともマグネタイトの104 μΩ・cm台、多くはNi系スピネルフェライトに代表されるように1×1012 μΩ・cm以上と極めて高いので、渦電流による損失は小さい。比抵抗が高いというフェライトの特長は、厚膜やバルクとして用いられることを可能にするので、現在の磁性体を用いた電磁誘導性電子デバイスのほとんどは、フェライトを用いたディスクリートデバイスである。また、結晶磁気異方性の高い六方晶系フェライトには、透磁率の磁気共鳴周波数がGHz帯に到達するものがある。しかし、フェライトは飽和磁化が本質的に小さく、強磁性共鳴に際するダンピング定数(磁気モーメントの散逸摩擦係数)も大きいので、大きな半値幅を有する透磁率の共鳴(この場合自然共鳴)が起こる。言い換えれば、共鳴周波数が高くとも透磁率の虚数部が所望の使用周波数以下でも大きいために、GHz帯域での低損失利用には制限がある。また、高周波使用限界を伸ばすために比抵抗を高めた組成系では、上記のように飽和磁化が小さいことに由来して、透磁率が極めて小さくなるので、電子デバイスに適用する場合には金属材料以上にリラクタンス増加の問題が際だつ。よって、上記のように薄膜化への要求に応えると、常磁性体と区別がつかなくなるほど性能が発揮できなくなるので、フェライトは今後の発展性に乏しいと言わざるを得ない。
Ferrite, which is a ferrite material ceramic, is an oxide, and even if its specific resistance is low, it is as high as 10 4 μΩ · cm of magnetite, and as many as 1 × 10 12 μΩ · cm as represented by Ni-based spinel ferrite. The loss due to eddy current is small. Since the feature of ferrite having a high specific resistance enables it to be used as a thick film or a bulk, most of the current electromagnetic inductive electronic devices using a magnetic material are discrete devices using ferrite. Further, some hexagonal ferrites having high crystal magnetic anisotropy have a magnetic resonance frequency of permeability reaching the GHz band. However, since ferrite has essentially small saturation magnetization and a large damping constant (dissipative friction coefficient of magnetic moment) for ferromagnetic resonance, permeability resonance (in this case, natural resonance) having a large half-value width occurs. In other words, even if the resonance frequency is high, the imaginary part of the magnetic permeability is large even below the desired operating frequency, so there is a limit to low loss utilization in the GHz band. In addition, in the composition system in which the specific resistance is increased in order to extend the high frequency usage limit, the magnetic permeability is extremely small due to the small saturation magnetization as described above. Above all, the problem of increased reluctance is striking. Therefore, when responding to the demand for thin film as described above, the performance cannot be exhibited enough to be indistinguishable from the paramagnetic material, so it must be said that ferrite is poor in future development.

非晶質金属磁性材料
非晶質金属磁性材料は、メタロイドや比抵抗の高い金属を含有することによって比抵抗が高くなるが、金属材料そのものの高い磁気特性は大きく損なわれないので、結晶質金属材料とフェライトの特長を両立するものとして、高周波応用への研究が活発に行われてきた。その磁気共鳴周波数が1 GHzを超え、比抵抗が1×102 μΩ・cm台前半に到達するものもあるが、この比抵抗においても、GHz帯での応用に至っては不十分で、かつ異方性が小さいことに由来して、強磁性共鳴周波数がSHF帯に及ぶものは無く、上記の結晶質金属材料と同様の問題を有している。
Amorphous metal magnetic material Amorphous metal magnetic material has high specific resistance by containing a metalloid or a metal with high specific resistance, but the high magnetic properties of the metal material itself are not greatly impaired. Research on high frequency applications has been actively conducted as a material that combines the features of materials and ferrite. Some magnetic resonance frequencies exceed 1 GHz and the specific resistance reaches the first half of the 1 × 10 2 μΩ · cm range, but this specific resistance is not sufficient for application in the GHz band. There is no ferromagnetic resonance frequency that extends to the SHF band because of its low isotropic property, and it has the same problem as the above crystalline metal material.

従来材料を用いた薄膜電子デバイス
ところで、非材料的側面を述べると、磁性材料を本発明で対象とする周波数帯域で低損失動作するデバイスに適応しうるようにするため、まずは渦電流損失を最小限にするために膜厚を表皮深さの3分の1以下の厚さになるように薄膜化する;さらにスリット加工するなどして渦電流の経路を寸断する手段がある。ところが、比抵抗の小さな磁性薄膜の表皮深さは、ごく浅いことから、渦電流損失を低減させるためには膜厚を極めて薄くせざるをえないため、磁性体の体積を著しく減少させる。また、スリット加工は、同様に磁性体の体積減少や、意図せぬ形状効果によって磁束の局所集中による磁気飽和を発生させるなどの不具合もある。ただし、これらの加工は形状異方性や反磁界により実効透磁率の高周波化をもたらすが、透磁率の絶対値と透磁率特性の高周波化にはトレードオフの関係がある。つまり、実効透磁率の周波数特性が材料本来のものから高周波化しても、体積減少は、デバイスの磁気回路における実効透磁率を極めて小さくする。よって、従来のコイル構造に磁性体を導入した電子部品のインピーダンスは、磁性体を用いない同構造の空芯部品との有意差を十分に示すことができなくなるどころか、むしろ損失の大きさが顕著となる。よって、比較的厚い膜を無加工で用いることで、磁気回路を構成できることが望ましい。そのためには、本質的に比抵抗が高く、かつ強磁性共鳴周波数が高い材料が必要である。
Thin-film electronic devices using conventional materials By the way, in terms of non-material aspects, eddy current loss must be minimized first so that magnetic materials can be applied to devices operating at low loss in the frequency band targeted by the present invention. In order to limit the film thickness, the film thickness is reduced to one-third or less of the skin depth; there is a means to cut the eddy current path by slitting or the like. However, since the skin depth of the magnetic thin film having a small specific resistance is very shallow, the thickness of the magnetic material has to be extremely reduced in order to reduce the eddy current loss. In addition, the slit processing also has problems such as a decrease in volume of the magnetic material and magnetic saturation due to local concentration of magnetic flux due to an unintended shape effect. However, these processes bring about a higher effective magnetic permeability due to shape anisotropy and a demagnetizing field, but there is a trade-off relationship between the absolute value of the magnetic permeability and the higher frequency of the magnetic permeability characteristics. In other words, even if the frequency characteristics of the effective permeability are increased from the original material, the volume reduction makes the effective permeability in the magnetic circuit of the device extremely small. Therefore, the impedance of an electronic component with a magnetic material introduced into a conventional coil structure cannot sufficiently show a significant difference from an air core component of the same structure that does not use a magnetic material. It becomes. Therefore, it is desirable that a magnetic circuit can be configured by using a relatively thick film without processing. For this purpose, a material having a high specific resistance and a high ferromagnetic resonance frequency is required.

ナノグラニュラー材料
上述のように、従来技術では高周波帯域(特にGHz帯域)での用途において、磁性薄膜を用いた高周波デバイスは未だ実用化に至っていない。ところで、非特許文献1:「まてりあ」Vol.41,2002(No.6),第402〜409頁、「ナノグラニュラー磁性薄膜の動向と展望」(日本金属学会刊行)では、上記した三種類の磁性材料よりも優れた高周波軟磁性特性を得るために、大きな異方性磁界、飽和磁化および高い比抵抗が同時に実現される必要があることが解説され、FeやCoなどの強磁性金属が酸化物のセラミックスに分散したナノグラニュラー構造材料が紹介されている。ナノグラニュラー材料は、セラミックスから成る母材にナノサイズ粒子状のFe、Coもしくはそれらの合金から成る強磁性グラニュールが分散した構造を有し、磁性グラニュールによる高い飽和磁化と異方性磁界、および絶縁体セラミックスによる高い比抵抗を併せ持っている。
続いて、特許文献等で発表された高周波軟磁性材料の従来技術を述べる。
Nano-granular material As described above, in the prior art, a high-frequency device using a magnetic thin film has not yet been put to practical use in applications in a high-frequency band (particularly in the GHz band). By the way, Non-Patent Document 1: “Materia” Vol. 41, 2002 (No. 6), pages 402 to 409, “Trends and Prospects of Nanogranular Magnetic Thin Films” (published by the Japan Institute of Metals), in order to obtain high-frequency soft magnetic properties superior to the above three types of magnetic materials. In addition, it was explained that a large anisotropic magnetic field, saturation magnetization and high specific resistance had to be realized at the same time, and nanogranular structural materials in which ferromagnetic metals such as Fe and Co were dispersed in oxide ceramics were introduced. Yes. Nano-granular materials have a structure in which ferromagnetic granules made of nano-sized particles of Fe, Co or their alloys are dispersed in a base material made of ceramics, and have a high saturation magnetization and anisotropic magnetic field due to magnetic granules, and It also has high specific resistance due to insulating ceramics.
Next, the prior art of high-frequency soft magnetic materials published in patent documents and the like will be described.

特許文献1:特開2014−175617号公報は、フッ化物を母材とし、貴金属を含む強磁性体をグラニュールとしたナノグラニュラー材料に関するもので、本発明者らが提案したものであるが、本発明で言うところのLの合計の原子比率が75%未満であり、比抵抗は本発明よりも高くなるものの、磁気共鳴周波数は、本文献の試料番号25の磁化特性(磁化8.5 kG;異方性磁界502 Oe)から見積もられる約6 GHzが最高である。以下引用する特許文献は何れも特許文献1よりも高い磁気共鳴周波数を示していない。       Patent Document 1: Japanese Patent Application Laid-Open No. 2014-175617 relates to a nano-granular material using a fluoride as a base material and a ferromagnetic material containing a noble metal as a granule, and has been proposed by the present inventors. Although the total atomic ratio of L as referred to in the invention is less than 75% and the specific resistance is higher than that of the present invention, the magnetic resonance frequency is the magnetization characteristic (magnetization 8.5 kG; anisotropic) of sample number 25 of this document About 6 GHz estimated from the magnetic field 502 Oe) is the highest. None of the patent documents cited below shows a magnetic resonance frequency higher than that of Patent Document 1.

特許文献2:特開2013−008767号公報は、Pdを含む高周波ナノグラニュラー薄膜材料に関するものであるが、母材は酸化物であり、かつ透磁率の強磁性共鳴周波数が3 GHzを超えない(図2、5〜10)。       Patent Document 2: Japanese Patent Application Laid-Open No. 2013-008767 relates to a high-frequency nanogranular thin film material containing Pd, but the base material is an oxide and the ferromagnetic resonance frequency of magnetic permeability does not exceed 3 GHz (see FIG. 2, 5-10).

特許文献3:特開平7−86035号公報は、電気抵抗と飽和磁化が共に高い軟磁性薄膜であって、高周波特性の優れた一軸磁気異方性薄膜に関する。この薄膜の組成が、一般式Fe100-x-y-z Mx Ny Lz (原子%)で示され、MはBe、 B、 Mg、 Al、 Si、 Ca、 Ti、 Y、Zr、Mo、In、 Sn、Cs、Ba、 La、Hf、Ta、Bi、Pbおよび/またはWであり、LはOおよび/またはFであり、それぞれの原子比率が、5≦x≦25、0≦y≦15、15≦z≦35、28≦x+y+z≦50である。薄膜の結晶構造は、主にbcc-Fe構造の磁性金属相とMの酸化物相あるいはフッ化物相からなる。ただし、特許文献3が提案する一軸磁気異方性ナノグラニュラー薄膜の異方性磁界(Hk)は、830 Oeが最高値であり、また磁気共鳴周波数は、最高で500 MHzである(図4)。 Patent Document 3: Japanese Patent Laid-Open No. 7-86035 relates to a uniaxial magnetic anisotropic thin film which is a soft magnetic thin film having both high electric resistance and saturation magnetization and excellent in high frequency characteristics. The composition of this thin film is represented by the general formula Fe 100-xyz M x N y L z (atomic%), where M is Be, B, Mg, Al, Si, Ca, Ti, Y, Zr, Mo, In, Sn, Cs, Ba, La, Hf, Ta, Bi, Pb and / or W, L is O and / or F, and each atomic ratio is 5 ≦ x ≦ 25, 0 ≦ y ≦ 15, 15 ≦ z ≦ 35 and 28 ≦ x + y + z ≦ 50. The crystal structure of the thin film is mainly composed of a magnetic metal phase having a bcc-Fe structure and an oxide or fluoride phase of M. However, the anisotropic magnetic field (H k ) of the uniaxial magnetic anisotropic nanogranular thin film proposed by Patent Document 3 has a maximum value of 830 Oe, and the magnetic resonance frequency is a maximum of 500 MHz (FIG. 4). .

特許文献4:特開平9−82522号公報は、適度な大きさの一軸磁気異方性を有し、且つ大きな電気抵抗と高い飽和磁化とを有し、透磁率の高周波特性の優れた磁性膜として、提案されたものである。磁性膜の組成は、一般式(Co1-aFea100-x-yMxOyで示される酸化物系材料である。MはAl、Dy、Er、Gd、Hf、Li、Mg、Nd、Sc、Sr、Tm、Y、Yb、および/またはZrであり、その組成比aはa<0.3、xおよびyは原子%で8<x<12,27<y<37で、且つ 36<x+y<48である組成と少量の不純物からなる。また、異方性磁界が50 Oe以上100 Oe以下、飽和磁束密度が8 kG以上、比抵抗が300 μΩ・cm以上、1500 μΩ・cm以下である。 Patent Document 4: Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-82522 discloses a magnetic film having a uniaxial magnetic anisotropy of an appropriate size, a large electric resistance and a high saturation magnetization, and an excellent permeability and high frequency characteristics. As proposed. The composition of the magnetic film is an oxide-based material represented by the general formula (Co 1-a Fe a ) 100-xy M x O y . M is Al, Dy, Er, Gd, Hf, Li, Mg, Nd, Sc, Sr, Tm, Y, Yb, and / or Zr, and the composition ratio a is a <0.3, x and y are atomic% 8 <x <12, 27 <y <37, and 36 <x + y <48, and a small amount of impurities. The anisotropic magnetic field is 50 Oe or more and 100 Oe or less, the saturation magnetic flux density is 8 kG or more, and the specific resistance is 300 μΩ · cm or more and 1500 μΩ · cm or less.

特許文献4は、磁気特性について次のように説明している。(イ)磁性粒子が大きな異方性エネルギーを有していても、その大きさがナノサイズであって、それぞれの粒子の異方性エネルギーによって個々の粒子の磁化方向がバラバラな方位を持っているために、磁性体の全体のエネルギーがゼロに近づき、軟磁性になる。すなわち、粒径の減少に伴う実効的な結晶磁気異方性の低下により、優れた軟磁性が得られる。(ロ)グラニュールの粒径が100オンストローム(10nm)以上になると軟磁性が失われる。(ハ)粒界が厚いと粒子間の磁気的相互作用が失われ、軟磁性も失われる。
上記(イ)〜(ハ)は、ナノグラニュラー材料がこのような軟磁性を示すためには、(a)それぞれの磁性グラニュールが互いに磁気的な相互作用を及ぼす間隔で接近し、かつ(b)グラニュールの粒径が実効的な結晶磁気異方性の低下をもたらす臨界直径より小さいことが必要であることを示している。一方、特許文献4から、磁性Co粒子の粒径が100オングストローム(10 nm)を超えると垂直磁気異方性が現れ、かつ軟磁性が失われることが分かる。特許文献4の実施例において薄膜の透磁率を測定している周波数の最高値は500 MHzである。
Patent Document 4 describes the magnetic characteristics as follows. (B) Even if the magnetic particles have a large anisotropic energy, the size is nano-sized, and the magnetization direction of each particle has different orientations due to the anisotropic energy of each particle. As a result, the entire energy of the magnetic material approaches zero and becomes soft magnetic. That is, excellent soft magnetism can be obtained by a decrease in effective magnetocrystalline anisotropy accompanying a decrease in particle size. (B) Soft magnetism is lost when the particle size of the granule exceeds 100 Å (10 nm). (C) When the grain boundary is thick, the magnetic interaction between the grains is lost, and the soft magnetism is also lost.
In the above (a) to (c), in order for the nano-granular material to exhibit such soft magnetism, (a) the magnetic granules approach each other at an interval that causes a magnetic interaction, and (b) This shows that the grain size of the granules needs to be smaller than the critical diameter that leads to a reduction in effective magnetocrystalline anisotropy. On the other hand, Patent Document 4 shows that when the particle size of magnetic Co particles exceeds 100 angstroms (10 nm), perpendicular magnetic anisotropy appears and soft magnetism is lost. In the example of Patent Document 4, the maximum value of the frequency at which the magnetic permeability of the thin film is measured is 500 MHz.

特許文献5:特開2007−173863号公報も同様に、酸化物を母材とした一軸磁気異方性膜である。       Patent Document 5: Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-173863 is also a uniaxial magnetic anisotropic film using an oxide as a base material.

特許文献6:特開2012−69428号公報は、ナノグラニュラー構造を有する薄膜誘電体に関するものである。この薄膜誘電体の組成が一般式FeaCobNicMwNxOyFzで表わされ,M成分はMg、Al、Si、Ti、Y、Zr、Nb、Hf、および/またはTaであり,組成比a、b、c、w、x、y、zは原子比率(%)で、0≦a≦60、0≦b≦60、0≦c≦60、10<a+b+c<60、10≦w≦50、0≦x≦50、0≦y≦50、0≦z≦50、20≦x+y+z≦70、a+b+c+w+x+y+z=100で表わされるとともに、Fe、Coおよび/またはNiからなり、かつnmサイズを有する金属グラニュールが、M成分とN、Oおよび/またはFからなる絶縁体マトリックスに分散している。誘電率及び誘電損失などの誘電特性以外に、比抵抗は1× 104〜 1×1015 μΩ・cmであることも記載されている。しかし、軟磁性薄膜として、高い磁気共鳴周波数を示すものではない。 Patent Document 6: Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-69428 relates to a thin film dielectric having a nano-granular structure. The composition of the thin film dielectric is represented by the general formula Fe a Co b Ni c M w N x O y F z, M components Mg, Al, Si, Ti, Y, Zr, Nb, Hf, and / or Ta, composition ratios a, b, c, w, x, y, z are atomic ratios (%), 0 ≦ a ≦ 60, 0 ≦ b ≦ 60, 0 ≦ c ≦ 60, 10 <a + b + c <60, 10 ≦ w ≦ 50, 0 ≦ x ≦ 50, 0 ≦ y ≦ 50, 0 ≦ z ≦ 50, 20 ≦ x + y + z ≦ 70, a + b + c + w + x + y A metal granule represented by + z = 100 and made of Fe, Co and / or Ni and having a size of nm is dispersed in an insulator matrix made of M component and N, O and / or F. In addition to dielectric properties such as dielectric constant and dielectric loss, it is also described that the specific resistance is 1 × 10 4 to 1 × 10 15 μΩ · cm. However, the soft magnetic thin film does not exhibit a high magnetic resonance frequency.

本発明者らが投稿した非特許文献2:「IEEE Magnetics Letters」Vol.5、2014、文献番号#3700404、「Control of In-Plane Uniaxial Anisotropy of CoPd-CaF2 Nanogranular Films by Tandem-Sputtering Deposition」(米国電気電子学会刊行)では、原子比率で74 %のグラニュール組成においてCoの15 %程度をPdで置換し、結晶磁気異方性を高めることで膜のHkが増大し、高周波限界性能が極めて高まることを示した。また、本発明者らが投稿した非特許文献3:「Journal of Magnetism and Magnetic Materials」Vol.391、2015、第213〜222頁、「Ultra-high resistive and anisotropic CoPd-CaF2 nanogranular soft magnetic films prepared by tandem-sputtering deposition」(エルゼビア刊行)では、フッ化物を母材とすることで比抵抗も極めて大きくなることが示されている。ただし、高周波化については、Lの原子比率が75 %未満の組成領域であり、磁気共鳴周波数が最高で約7 GHzに留まっていた。さらには、ナノグラニュラー材料は、元来異方性分散が大きい材料であり、磁気共鳴周波数が高まっても低周波から電気的な損失の交流抵抗成分に直接対応する複素透磁率の虚部が生じてくるため、これを回避するためには、デバイス応用としての実用周波数は低くせざるを得なかった。 Non-Patent Document 2: “IEEE Magnetics Letters” Vol. 5, 2014, Document No. 3740404, “Control of In-Plane Uniaxial Anisotropy of CoPd-CaF 2 Nanogranular Films by Tandem-Sputtering Deposition” (published by the Institute of Electrical and Electronics Engineers of Japan) the about 15% of the replaced with Pd, increased H k film by increasing the magnetocrystalline anisotropy, a high frequency limit performance showed extremely increased that. Also, Non-Patent Document 3: “Journal of Magnetism and Magnetic Materials” Vol. 391, 2015, pp. 213-222, “Ultra-high resistive and anisotropic CoPd-CaF 2 nanogranular soft magnetic films prepared by tandem-sputtering deposition” (published by Elsevier), the specific resistance can be reduced by using fluoride as a base material. It has been shown to be very large. However, with regard to higher frequencies, the composition ratio of the atomic ratio of L was less than 75%, and the maximum magnetic resonance frequency remained at about 7 GHz. Furthermore, nano-granular materials are inherently large in anisotropic dispersion, and even if the magnetic resonance frequency is increased, an imaginary part of complex permeability that directly corresponds to the AC resistance component of electrical loss from a low frequency occurs. Therefore, in order to avoid this, the practical frequency as a device application has to be lowered.

特許文献1:特開2014−175617号公報
特許文献2:特開2013−008767号公報
特許文献3:特開平7−86035号公報
特許文献4:特開平9−82522号公報
特許文献5:特開2007−173863号公報
特許文献6:特開2012−69428号公報
Patent Document 1: Japanese Patent Application Laid-Open No. 2014-175617 Patent Document 2: Japanese Patent Application Laid-Open No. 2013-008767 Patent Document 3: Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-86035 Patent Document 4: Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-82522 Patent Document 5: Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-82522 JP 2007-173863 A Patent Document 6: JP 2012-69428 A

非特許文献1:「まてりあ」Vol.41, 2002(No.6),第402〜 409頁、「ナノグラニュラー磁性薄膜の動向と展望」
非特許文献2:「IEEE Magnetics Letters」Vol.5、2014、文献番号#3 700404、「Control of In-Plane Uniaxial Anisotropy of CoPd-CaF2 Nan ogranular Films by Tandem-Sputtering Deposition」
非特許文献3:「Journal of Magnetism and Magnetic Materials」Vol.39 1、2015、第213〜222頁、「Ultra-highresistive and anisotropic Co PdCaF2 nanogranular soft magnetic films prepared by tandem-sputtering deposition」
非特許文献4:「磁性材料(金属工学シリーズ)」、金子秀夫・本間基文著、(社 )日本金属学会、1977
Non-Patent Document 1: “Materia” Vol. 41, 2002 (No. 6), pp. 402-409, “Trends and Prospects of Nanogranular Magnetic Thin Films”
Non-Patent Document 2: “IEEE Magnetics Letters” Vol. 5, 2014, literature number # 3 700404, "Control of In-Plane Uniaxial Anisotropy of CoPd-CaF 2 Nan ogranular Films by Tandem-Sputtering Deposition"
Non-Patent Document 3: “Journal of Magnetism and Magnetic Materials” Vol. 391, 2015, pp. 213-222, “Ultra-highresistive and anisotropic Co PdCaF 2 nanogranular soft magnetic films prepared by tandem-sputtering deposition”
Non-Patent Document 4: “Magnetic Materials (Metal Engineering Series)”, Hideo Kaneko and Motofumi Honma, Japan Institute of Metals, 1977

GHz帯域でも安定し、低損失な透磁率に関係するナノグラニュラー材料の物性について、本発明者らは次のとおり考察した。
強磁性:特許文献4など従来のナノグラニュラー薄膜では、ナノグラニュラー構造の磁性金属グラニュールの粒径がナノサイズであり、磁性金属グラニュール間の磁気的な相互作用によって強磁性を発現することを利用して、高周波帯域において安定した透磁率を達成している。本発明者らの研究によると、磁性金属グラニュールが少ない超常磁性ナノグラニュラー材料の透磁率は極めて小さく、準マイクロ帯域において実用に十分な大きさの透磁率を得ることができない。よって、本発明においては「強磁性」とは、ナノグラニュラー膜のグラニュール密度が低下して強磁性ではなくなったことを意味する「超常磁性」を包含しておらず、また、できるだけ磁性金属グラニュールは高密度に充填される必要がある。特許文献1でも、グラニュールの濃度の請求範囲上限である75 %(原子比率)では、磁性金属グラニュールが高密度となってくるが、本発明が意図する7 GHz以上の強磁性共鳴周波数を得るためには、より高密度となる組成、即ち、76 %以上のグラニュール濃度によって、さらに強磁性を強めることが重要である。
異方性磁界と飽和磁化:非特許文献1などで考察されているように、透磁率の強磁性共鳴周波数を高くするためには、異方性磁界が高いことが必要である。ただし、異方性磁界のみが高いだけでは7 GHz以上の強磁性共鳴周波数を達成することができないために、できるだけ高い飽和磁化も必要である。逆に、例えば特許文献4に示された12.1 kGのように高い飽和磁界を有する材料(表1、合金番号3)に対しても、7 GHz以上の強磁性共鳴周波数を満足するためには、上記表の値(78 Oe)よりも異方性磁界を高くすることが必要である。
透磁率の強磁性共鳴周波数:強磁性材料が周波数掃引によって強磁性共鳴したとき、その透磁率の虚部(損失項)は、この共鳴周波数で極大となるが、非特許文献4の第122頁の図9-30にも示されているように、この極大値をメジアンとしたガウス分布的周波数分散を示すため、共鳴周波数周辺でもある程度の値を示す。材料の品質係数Qは、複素透磁率の実部μ'と虚部μ"によって、μ'/μ"で表され、デバイス応用には少なくとも5〜10は必要と言われている。そのため、Qはμ"が小さいほど大きく、高いμ"を回避するためには、透磁率の強磁性共鳴周波数が一般的に低損失で利用したい周波数の2倍以上必要であると言われている。つまり、例えば2.4 GHz帯のデバイスを低損失で駆動させるためには、透磁率の強磁性共鳴周波数が4.8 GHz以上を超えることが重要となるとされている。
一軸異方性:基本的に、このような高い強磁性共鳴周波数は、特許文献1や4と同様に、一軸異方性材料によって高い異方性磁界を得ることによって達成される。
異方性分散:ナノグラニュラー材料は、特許文献4で提案されたCo70Y7O23薄膜のように、一見すると非常に明瞭な一軸磁気異方性を示す(図5、段落番号0023)ものもあるが、段落番号0012の(イ)項で言及した構造をもっているため、同文献の図6のように透磁率の虚部の実測値(△)が計算値(▲)よりも大きくなっていることからもわかるように、元来異方性分散(角度分散)が大きい。上記で透磁率の虚数部が共鳴周波数周辺でもある程度の値を示すので、強磁性共鳴周波数は使用周波数の2倍以上必要であると述べたが、角度分散が大きいということは、上記のガウス分布的周波数分散の半値幅が広いことを意味し、ナノグラニュラー材料の比較的大きな異方性分散を考慮すると、損失低減のためには強磁性共鳴周波数が使用周波数の3倍以上必要であると考えられる。即ち、約7 GHz以上の強磁性共鳴周波数が必要である根拠となる。透磁率の強磁性共鳴周波数は飽和磁化と異方性磁界を掛け合わせた値の平方根にジャイロ磁気定数(2.21×105 m/A・sec)を掛け、これを2πで割ることで概ね計算される。例えば、飽和磁化が3.5 kGであれば、異方性磁界が1310 Oe以上、磁化が21.5 kGであれば、異方性磁界が300 Oe以上の組み合わせで7 GHz以上となる。従来の材料はこのような概算値の強磁性共鳴周波数であっても7 GHz以上のレベルには到達しない。ここで、7 GHz以上の強磁性共鳴周波数を有するナノグラニュラー材料の異方性分散を低減すれば、さらに高い周波数まで使用できる材料となる。但し、本発明の実施例において詳述するように、ナノグラニュラー材料においては上記強磁性共鳴周波数の概算値と実測値は若干異なり、むしろ実測値が高くなる。
比抵抗:渦電流損失は、非特許文献4の第119頁15行目からにも記されているように、周波数に比例、および比抵抗に反比例する。準マイクロ波領域もしくはそれ以上での渦電流損失を少なくするためには、従来よりも高い次元の比抵抗が必要である。従来、高抵抗軟磁性材料として知られているアモルファス金属薄膜の比抵抗は、高くとも1.0×102 μΩ・cm程度であり、これより高い比抵抗であることが好ましい。特許文献1では、本発明よりも少ない磁性金属濃度によって、より高い1.5×103 μΩ・cm以上の比抵抗を達成しているが、上記の通り、強磁性共鳴周波数は7 GHzを達成できない。本発明は、比抵抗をやや犠牲にしても、高い強磁性共鳴周波数を達成する薄膜を提供するものである。
製造方法:上記した六項目の物性を満足する本発明に係る強磁性薄膜は、所定の組成をもつ薄膜を公知のナノグラニュラー材料製造方法により成膜することにより製造される。この製造法では、スパッタリング成膜中に膜に磁界を印加して一軸異方性を付与することが一般に行われている(特許文献1、段落番号0032;特許文献2、段落番号0020;特許文献3、実施例1、2;特許文献4、実施例1〜4;特許文献5、参考例1、実施例1、2)。公知のスパッタリングを行った後に磁界中熱処理を行うことも行われている。しかしながら、驚くべきことには、本発明者らが非特許文献2で発表したように、磁界印加なしで単に回転するアノード板に基板を置くだけでも大きな異方性磁界を伴う一軸磁気異方性が付与される。この知見を基にして異方性分散を低減する製造方法について考察・実験した。
The present inventors considered the physical properties of nano-granular materials that are stable in the GHz band and related to low-loss permeability as follows.
Ferromagnetism : The conventional nano-granular thin film such as Patent Document 4 uses the fact that the particle size of the magnetic metal granule having a nano-granular structure is nano-sized, and that ferromagnetism is expressed by the magnetic interaction between the magnetic metal granules. Thus, stable magnetic permeability is achieved in the high frequency band. According to the study by the present inventors, the magnetic permeability of the superparamagnetic nanogranular material with few magnetic metal granules is extremely small, and it is impossible to obtain a magnetic permeability large enough for practical use in the quasi-micro band. Therefore, in the present invention, “ferromagnetism” does not include “superparamagnetism” which means that the granular density of the nano-granular film is reduced and is no longer ferromagnetism. Need to be packed densely. Even in Patent Document 1, when the granule concentration is 75% (atomic ratio), which is the upper limit of the claim range, the magnetic metal granules become dense. However, the ferromagnetic resonance frequency of 7 GHz or more intended by the present invention is achieved. In order to obtain it, it is important to further increase the ferromagnetism by a composition with a higher density, that is, a granule concentration of 76% or more.
Anisotropic magnetic field and saturation magnetization : As discussed in Non-Patent Document 1, etc., in order to increase the ferromagnetic resonance frequency of the magnetic permeability, it is necessary that the anisotropic magnetic field is high. However, since only a high anisotropic magnetic field cannot achieve a ferromagnetic resonance frequency of 7 GHz or higher, saturation magnetization as high as possible is also necessary. On the contrary, for example, in order to satisfy a ferromagnetic resonance frequency of 7 GHz or more even for a material having a high saturation magnetic field such as 12.1 kG shown in Patent Document 4 (Table 1, Alloy No. 3), It is necessary to make the anisotropic magnetic field higher than the value in the above table (78 Oe).
Ferromagnetic resonance frequency of magnetic permeability : When a ferromagnetic material undergoes ferromagnetic resonance by frequency sweep, the imaginary part (loss term) of the magnetic permeability becomes maximum at this resonance frequency, but page 122 of Non-Patent Document 4 As shown in FIG. 9-30, since the Gaussian distribution frequency dispersion with the maximum value as the median is shown, a certain value is also shown around the resonance frequency. The quality factor Q of the material is expressed as μ ′ / μ ”by the real part μ ′ and the imaginary part μ ″ of the complex permeability, and it is said that at least 5 to 10 is necessary for device application. Therefore, Q is larger as μ ″ is smaller, and in order to avoid high μ ″, it is said that the magnetic resonance ferromagnetic resonance frequency is generally required to be at least twice as high as the frequency to be used with low loss. . That is, for example, in order to drive a 2.4 GHz band device with low loss, it is important that the ferromagnetic resonance frequency of the magnetic permeability exceeds 4.8 GHz or more.
Uniaxial anisotropy : Basically, such a high ferromagnetic resonance frequency is achieved by obtaining a high anisotropic magnetic field with a uniaxial anisotropic material, as in Patent Documents 1 and 4.
Anisotropic dispersion : Nano-granular materials, like the Co 70 Y 7 O 23 thin film proposed in Patent Document 4, have a very clear uniaxial magnetic anisotropy (FIG. 5, paragraph number 0023). However, because it has the structure mentioned in paragraph (0012) of paragraph (0012), the measured value (Δ) of the imaginary part of the permeability is larger than the calculated value (▲) as shown in FIG. As can be seen, the anisotropic dispersion (angular dispersion) is inherently large. As described above, the imaginary part of the magnetic permeability shows a certain value even around the resonance frequency, so it is stated that the ferromagnetic resonance frequency is required to be at least twice the operating frequency. This means that the half-value width of the dynamic frequency dispersion is wide, and considering the relatively large anisotropic dispersion of nano-granular materials, it is considered that the ferromagnetic resonance frequency is required to be at least three times the operating frequency in order to reduce loss. . In other words, this is the reason why a ferromagnetic resonance frequency of about 7 GHz or more is necessary. The ferromagnetic resonance frequency of permeability is roughly calculated by multiplying the square root of the value obtained by multiplying the saturation magnetization and the anisotropic magnetic field by the gyromagnetic constant (2.21 × 10 5 m / A · sec) and dividing this by 2π. The For example, if the saturation magnetization is 3.5 kG, the anisotropic magnetic field is 1310 Oe or more, and if the magnetization is 21.5 kG, the anisotropic magnetic field is 7 GHz or more in combination of 300 Oe or more. Conventional materials do not reach levels above 7 GHz even at such approximate ferromagnetic resonance frequencies. Here, if the anisotropic dispersion of the nanogranular material having a ferromagnetic resonance frequency of 7 GHz or more is reduced, the material can be used up to a higher frequency. However, as will be described in detail in the embodiments of the present invention, in the nanogranular material, the estimated value and the actual measurement value of the ferromagnetic resonance frequency are slightly different, and the actual measurement value is rather high.
Specific resistance : The eddy current loss is proportional to the frequency and inversely proportional to the specific resistance, as also described from page 119, line 15 of Non-Patent Document 4. In order to reduce eddy current loss in the quasi-microwave region or higher, a specific resistance with a higher dimension than before is required. Conventionally, the specific resistance of an amorphous metal thin film known as a high resistance soft magnetic material is at most about 1.0 × 10 2 μΩ · cm, and it is preferable that the specific resistance is higher than this. In Patent Document 1, a higher specific resistance of 1.5 × 10 3 μΩ · cm or more is achieved with a magnetic metal concentration lower than that of the present invention, but as described above, the ferromagnetic resonance frequency cannot achieve 7 GHz. The present invention provides a thin film that achieves a high ferromagnetic resonance frequency at the expense of specific resistance.
Manufacturing method : The ferromagnetic thin film according to the present invention satisfying the above six physical properties is manufactured by forming a thin film having a predetermined composition by a known nano-granular material manufacturing method. In this manufacturing method, a uniaxial anisotropy is imparted by applying a magnetic field to a film during sputtering film formation (Patent Document 1, Paragraph Number 0032; Patent Document 2, Paragraph Number 0020; Patent Document) 3, Examples 1 and 2; Patent Document 4, Examples 1 to 4; Patent Document 5, Reference Example 1, Examples 1 and 2). A heat treatment in a magnetic field is also performed after performing known sputtering. However, surprisingly, as disclosed in Non-Patent Document 2 by the present inventors, uniaxial magnetic anisotropy accompanied by a large anisotropic magnetic field even when a substrate is simply placed on a rotating anode plate without applying a magnetic field. Is granted. Based on this knowledge, a manufacturing method for reducing anisotropic dispersion was studied and tested.

以上、説明した従来技術の検討及び本発明者らの研究を総括すると、従来のナノグラニュラー構造をもつ磁性材料薄膜は、GHz帯域において透磁率が安定しており、かつ低損失であることが材料の基本特性として要求される近未来の電子デバイスに適していないので、本発明は、産業上の利用分野で説明した電子デバイスに適した薄膜を提供することを目的とする。さらに、本発明はこの特性をもつ薄膜を構成するナノグラニュラー材料の角度分散による異方性分散を少なくする方法を提供することも目的とする。       As described above, the above-described studies of the prior art and the researches of the present inventors are summarized. A magnetic material thin film having a conventional nano-granular structure has a stable magnetic permeability and a low loss in the GHz band. The present invention aims to provide a thin film suitable for the electronic device described in the industrial application field because it is not suitable for the near future electronic device required as a basic characteristic. Furthermore, another object of the present invention is to provide a method for reducing the anisotropic dispersion due to the angular dispersion of the nanogranular material constituting the thin film having this characteristic.

本発明は、非常に高い磁気共鳴周波数とある程度高い比抵抗を兼ね備えるナノグラニュラー磁性薄膜を提供することにより上記課題を解決する。かかる磁性薄膜の基本となる物理的原理を説明する。       The present invention solves the above problems by providing a nanogranular magnetic thin film having both a very high magnetic resonance frequency and a certain high resistivity. The basic physical principle of such a magnetic thin film will be described.

比抵抗
ナノグラニュラー構造において、磁性金属グラニュール(以下「グラニュール」という)同士が磁気的な相互作用を及ぼす前掲(a)(段落番号0012)は、グラニュールの距離が交換相互作用を生ずる程度に近い、もしくは接触していることを要求する。グラニュール同士が接触すると磁気的にも結合するが、相対的に割合が多いグラニュール同士が直接接触するために比抵抗が大幅に減少してしまう。そのため、マクロ的にナノグラニュラー膜を通過する電流経路が絶縁体である程度電気的に分断されている必要がある。1 nm程度より狭いグラニュール間距離では、グラニュール間の磁気的な相互作用と、量子効果による絶縁体を介しての電子のトンネル伝導の両方が同時に起こる。トンネル伝導による電気伝導を呈する物質の比抵抗は、金属伝導のそれよりも大きい。但し、絶縁体固有の絶縁性は大幅に損なわれることになるので、この固有の絶縁性が特に優れる材料の選択が重要となる。フッ化物絶縁体は、後述する理由により、磁気的結合を生じる1 nm程度以下の距離におけるトンネル伝導、もしくは接触による金属電導の条件下においても、電流経路を制限するために、高い比抵抗を達成することができる。
The above-mentioned (a) (paragraph number 0012) in which magnetic metal granules (hereinafter referred to as “granules”) interact magnetically with each other in a specific resistance nano-granular structure is such that the distance between the granules causes an exchange interaction. Require closeness or contact. When the granules come into contact with each other, they are magnetically coupled, but the specific resistance is greatly reduced because the relatively large proportions of the granules come into direct contact with each other. Therefore, it is necessary that the current path passing through the nano granular film in a macro manner is electrically separated to some extent by an insulator. At a distance between granules smaller than about 1 nm, both the magnetic interaction between the granules and the tunneling of electrons through the insulator due to the quantum effect occur simultaneously. The specific resistance of a substance exhibiting electric conduction by tunnel conduction is larger than that of metal conduction. However, since the insulating property inherent to the insulator is greatly impaired, it is important to select a material that is particularly excellent in the inherent insulating property. Fluoride insulators achieve high specific resistance to limit the current path even under conditions of tunneling conduction or metal conduction by contact at distances of about 1 nm or less that cause magnetic coupling for reasons described later. can do.

グラニュールの密度
次に、ナノ磁性体の一種であるナノグラニュラー材料は、実効的な結晶磁気異方性の低下が生じて軟磁性を生ずる(段落番号0012(イ))が、グラニュール同士が磁気的に結合しなければならない(b)(段落番号0012)。この要件(b)(を満たすためには、グラニュールの体積総量、言い換えればグラニュールの充填密度を増す必要があるため、薄膜中の金属量が多くなる。この場合、強磁性は高まり、高い強磁性共鳴周波数が達成できるようになるが、相対的に絶縁体量が減少するために、特許文献1などよりも金属グラニュールが接触する箇所が増え比抵抗は低下してしまう。この比抵抗の低下が従来の金属系材料以下に及ばないように、以下に考察するフッ化物絶縁体をグラニュールのマトリックス材料に使用することにより解消することができる。
Density of granules Next, nano- granular materials, which are a kind of nano-magnetic material, cause soft magnetic properties due to a decrease in effective magnetocrystalline anisotropy (paragraph number 0012 (b)), but the granules are magnetic. (B) (paragraph number 0012). In order to satisfy this requirement (b) (the total volume of granules, in other words, it is necessary to increase the packing density of the granules, so that the amount of metal in the thin film increases. In this case, the ferromagnetism increases and is high. Although the ferromagnetic resonance frequency can be achieved, since the amount of the insulator is relatively reduced, the number of locations where the metal granules are in contact with increases as compared to Patent Document 1 and the specific resistance decreases. In order to prevent the decrease in the resistance from being lower than that of the conventional metal-based material, it can be eliminated by using the fluoride insulator discussed below as the matrix material of the granule.

結晶配向
上記のように、ナノ構造磁性体が実効的な結晶磁気異方性の低下が生じて軟磁性を生ずる機構(ランダム異方性)においては、軟磁性を示す一方で異方性磁界が低下することとなる(段落番号0012(イ))。しかし、ナノグラニュラー材料は、非特許文献2や後記する図7にも示されているように、一般的なナノ構造軟磁性体とは異なって一定の結晶配向を持つことができる。つまり、結晶磁気異方性の高い磁性金属をグラニュールに用いることが有効である。
Crystal orientation As described above, in the mechanism (random anisotropy) in which the nanostructured magnetic material causes a decrease in the effective magnetocrystalline anisotropy and generates soft magnetism (random anisotropy), the anisotropic magnetic field exhibits soft magnetism. (Paragraph number 0012 (b)). However, as shown in Non-Patent Document 2 and FIG. 7 to be described later, the nano granular material can have a certain crystal orientation unlike a general nano-structured soft magnetic material. That is, it is effective to use a magnetic metal having high crystal magnetic anisotropy for the granule.

フッ化物
フッ化物結晶を含むナノグラニュラー構造は、高い比抵抗を有している。この理由は、MgF2、CaF2等のフッ化物は、Al2O3等の酸化物に比べてエネルギーバンドギャップが大きいので(CaF2:12.1 eV、MgF2:11.8 eV、Al2O3:9 eV、いずれも単結晶での値)、比抵抗が高くなることである。フッ化物を用いたナノグラニュラー構造膜において特長的なのは、窒化物や酸化物を用いた場合とは異なり、フッ化物が結晶構造をなすことである。結晶構造であるということは、組成も化学量論組成近くに安定したものであり、アモルファス構造の材料とは異なってバンドギャップの低下がなく、さらには材料製造時におけるグラニュールを構成する金属とフッ化物の混合が抑制されるため、従来と比較して高電気抵抗化を非常に高い次元で達成することが可能である。また、こうような絶縁体を用いれば、グラニュール同士の接触が増加して比抵抗が低下しているような領域の金属量の材料においても、従来の酸化物や窒化物をマトリックス材料とする従来のナノグラニュラー強磁性膜と比べて相対的に比抵抗は高くなる。
Fluoride A nano-granular structure including a fluoride crystal has a high specific resistance. This is because fluorides such as MgF 2 and CaF 2 have a larger energy band gap than oxides such as Al 2 O 3 (CaF 2 : 12.1 eV, MgF 2 : 11.8 eV, Al 2 O 3 : 9 eV, all of which are single crystal values), and the specific resistance is high. A feature of the nano-granular structure film using fluoride is that, unlike the case of using nitride or oxide, the fluoride has a crystal structure. The crystal structure means that the composition is stable near the stoichiometric composition, there is no decrease in the band gap unlike the material of the amorphous structure, and the metal constituting the granule at the time of manufacturing the material. Since mixing of fluorides is suppressed, it is possible to achieve high electrical resistance at a very high level compared to the conventional case. In addition, when such an insulator is used, a conventional oxide or nitride is used as a matrix material even in a material having a metal amount in a region where the contact between granules increases and the specific resistance decreases. The specific resistance is relatively higher than that of the conventional nanogranular ferromagnetic film.

グラニュール組成と異方性磁界の関係
Coは、単体でも106 erg/cm3台と、結晶磁気異方性定数が高い材料である。FeやNiも、Coよりは弱いものの105 erg/cm3台の結晶異方性を有している。ただし、CoにFeやNiを固溶させてゆくと単純に異方性が弱くなるのではなく、むしろ強くなる組み合わせがあるのは周知の事実である。また、貴金属であるPtやPdを上記磁性金属に固溶させると、中には飛躍的に高くなった107 erg/cm3台の異方性が得られることも知られている。このように、異方性の高いグラニュールの金属組成を選択することで、結晶配向を有するナノグラニュラー膜の異方性磁界を高めることができる。
Relationship between granule composition and anisotropic magnetic field
Co alone is a material having a high magnetocrystalline anisotropy constant of 10 6 erg / cm 3 . Fe and Ni are also weaker than Co, but have 10 5 erg / cm 3 crystal anisotropy. However, it is a well-known fact that when Fe or Ni is dissolved in Co, the anisotropy is not simply weakened, but rather there is a combination that becomes stronger. It is also known that when a noble metal such as Pt or Pd is dissolved in the above magnetic metal, anisotropy of 10 7 erg / cm 3, which has been dramatically increased, can be obtained. Thus, the anisotropic magnetic field of the nanogranular film having crystal orientation can be increased by selecting the metal composition of the highly anisotropic granule.

以上の物理的考察に基づいて完成した本発明の特徴とするところは次の通りである。
第1発明は、一般式L100-a-bMaFbで示され、LはFe、CoおよびNiから選択される1種以上の元素−但し、Niの単独は除く−であり、MはLi、Mg、Al、Ca、Sr、Ba、GdおよびYから選択される1種以上の元素であり、Fはフッ素であり、かつ組成比a、bは原子比率で、aが3%以上7%未満、bが6%以上18%未満であり、かつa+bの合計の原子比率が10%以上24%以下、すなわちLが76%以上90%以下である組成を有し、かつ前記Lからなる金属およびMとFのフッ化物が混合した組織をもつとともに、飽和磁化が3.5 kG以上21.5 kG以下、かつ異方性磁界が300 Oe以上であり、かつ高周波透磁率の強磁性共鳴周波数が7 GHz以上であり、さらには、比抵抗が1.0×102 μΩ・cm以上であることを特徴とする膜面内一軸磁気異方性を有する強磁性薄膜に関する。
The features of the present invention completed based on the above physical considerations are as follows.
The first invention is represented by the general formula L 100-ab M a F b , L is Fe, 1 or more elements selected from Co and Ni - However, sole Ni except - and, M is Li One or more elements selected from Mg, Al, Ca, Sr, Ba, Gd and Y, F is fluorine, and the composition ratios a and b are atomic ratios, and a is 3% or more and 7%. And b is 6% or more and less than 18%, and the total atomic ratio of a + b is 10% or more and 24% or less, that is, L is 76% or more and 90% or less, and The saturation magnetization is 3.5 kG or more and 21.5 kG or less, the anisotropic magnetic field is 300 Oe or more, and the high frequency permeability has a ferromagnetic resonance frequency of 7 The present invention relates to a ferromagnetic thin film having in-film uniaxial magnetic anisotropy, characterized in that it has a specific resistance of 1.0 × 10 2 μΩ · cm or more.

第2発明は、一般式L100-a-bMaFbで示され、LはFe、CoおよびNiから選択される1種以上の強磁性元素と、PdまたはPtから選択される1種以上の貴金属元素からなる合金であり、該合金中のPd、Ptの含有量は原子比率で50 %以下であり、さらにMはLi、Mg、Al、Ca、Sr、Ba、GdおよびYから選択される1種以上の元素であり、Fはフッ素であり、かつ組成比a、bは原子比率で、aが3 %以上7 %未満、bが6 %以上18 %未満であり、かつa+bの合計の原子比率が10 %以上24 %以下、すなわちLが76 %以上90 %以下である組成を有し、かつ前記Lからなる合金およびMとFのフッ化物が混合した組織をもつとともに、飽和磁化が3.5 kG以上21.5 kG以下、異方性磁界が300 Oe以上であり、かつ高周波透磁率の強磁性共鳴周波数が7 GHz以上であり、さらには、比抵抗が1.0×102 μΩ・cm以上であることを特徴とする膜面内一軸磁気異方性を有する強磁性薄膜に関する。 The second invention is represented by the general formula L 100-ab M a F b , L is Fe, and one or more ferromagnetic elements selected from Co and Ni, one or more selected from Pd or Pt It is an alloy made of a noble metal element, the content of Pd and Pt in the alloy is 50% or less in atomic ratio, and M is selected from Li, Mg, Al, Ca, Sr, Ba, Gd and Y One or more elements, F is fluorine, and the composition ratios a and b are atomic ratios, a is 3% or more and less than 7%, b is 6% or more and less than 18%, and a + b It has a composition in which the total atomic ratio is 10% or more and 24% or less, that is, L is 76% or more and 90% or less, and has a structure in which the alloy of L and the fluoride of M and F are mixed and saturated Magnetization is 3.5 kG or more and 21.5 kG or less, anisotropic magnetic field is 300 Oe or more, ferromagnetic resonance frequency of high frequency permeability is 7 GHz or more, and specific resistance is 1.0 × 10 2 μΩ ・ cm or more Be It relates ferromagnetic thin film having a film plane uniaxial magnetic anisotropy, characterized.

第3発明は、前記Lからなり、平均粒径が1〜20 nmの磁性微粒子が、前記MとFのフッ化物からなる絶縁体マトリックスに均一に分布したナノグラニュラー構造を有することを特徴とする請求項1または2に記載の一軸磁気異方性を有する強磁性薄膜に関する。       The third invention is characterized in that the magnetic fine particles composed of L and having an average particle diameter of 1 to 20 nm have a nano-granular structure uniformly distributed in an insulator matrix composed of the fluorides of M and F. 3. A ferromagnetic thin film having uniaxial magnetic anisotropy according to item 1 or 2.

第4発明は、GHz帯域で使用されるインダクタ、カプラ、バラン、ノイズフィルターなどの電子機器に組み込まれる電磁誘導性電子部品として使用される請求項1から3までの何れか1項に記載の一軸磁気異方性を有する強磁性薄膜に関する。       The uniaxial shaft according to any one of claims 1 to 3, wherein the fourth invention is used as an electromagnetic inductive electronic component incorporated in an electronic device such as an inductor, a coupler, a balun, or a noise filter used in the GHz band. The present invention relates to a ferromagnetic thin film having magnetic anisotropy.

第5発明は、Fe、Ni およびCoから選択される1種以上の元素であるLからなる第1カソード、およびLi、Mg、Al、Ca、Sr、Ba、Gd、およびYから選択される1種以上の元素であるMとFのフッ化物からなる第2カソードをスパッタリング装置内に固定し、第1カソードおよび第2カソードにそれぞれ10〜1000 W範囲内の電力を独立に制御して投入し、アノードに支持された基板を、第1カソードおよび第2カソードから発するスパッタ粒子が入射する位置を周期的に通過させるように、無磁界中でアノードを1〜200 rpmの回転数で回転させ、前記基板に成膜されるL-M-F系強磁性薄膜に面内一軸磁気異方性を付与するスパッタリング条件(A)と、前記L-M-F系強磁性薄膜の磁化容易方向に磁界を印加するスパッタリング条件(B)を同時に行うことによって、薄膜の磁化困難方向の保磁力を100 Oe未満とし、以ってナノグラニュラー構造の異方性分散を低減することを特徴とする請求項3に記載の一軸磁気異方性を有する強磁性薄膜の製造方法に関する。
以下、本発明を詳しく説明する。
5th invention is 1st cathode which consists of L which is 1 or more types of elements selected from Fe, Ni, and Co, and 1 selected from Li, Mg, Al, Ca, Sr, Ba, Gd, and Y A second cathode made of fluorides of M and F, which are more than seed elements, is fixed in the sputtering apparatus, and power in the range of 10 to 1000 W is independently controlled and applied to the first cathode and the second cathode, respectively. The substrate supported by the anode is rotated at a rotation speed of 1 to 200 rpm in the absence of a magnetic field so that the sputtered particles emitted from the first cathode and the second cathode are periodically passed through the substrate. Sputtering conditions (A) for imparting in-plane uniaxial magnetic anisotropy to the LMF-based ferromagnetic thin film formed on the substrate, and sputtering conditions (B) for applying a magnetic field in the direction of easy magnetization of the LMF-based ferromagnetic thin film Of the thin film by simultaneously performing The flame direction of the coercive force is less than 100 Oe, a method of manufacturing a ferromagnetic thin film having a uniaxial magnetic anisotropy of claim 3, characterized in that to reduce the anisotropy dispersion of the nano-granular structure I following.
The present invention will be described in detail below.

本発明(第1発明)の強磁性薄膜の成分Lのうち、Niは飽和磁化が低いので、これらの金属単独はLから除かれる。したがって,Lとしては,Co単独、Fe単独、Co-Fe, Co-Ni, Co-Ni-Feなどを使用することができる。強磁性薄膜の組成を表す一般式L100-a-bMaFbにおいて、a,bがそれぞれ3 %未満、6 %未満であると、比抵抗が1.0×102 μΩ・cm以下となり、一方a,bがそれぞれ7 %以上、18 %以上であると、飽和磁化と異方性磁界が共に低下し、7 GHz以上の強磁性共鳴周波数を得ることが困難となってくる。
具体的には、L-M-Fにおいて、MとFの合計の原子比率が25 %以上の場合は、金属Lからなるグラニュールの接触が減少し、比抵抗は1×103 μΩ・cm以上に達するが、グラニュール間の磁気結合が減少し、結晶磁気異方性の長距離浸透性が低下するために異方性磁界も低下してゆく。また、単純に磁性体の空間占有率減少によって磁化が希釈される。さらにMとFの合計原子比率が増加して60 %を超える組成領域では、金属Lからなるグラニュール間の距離が大きくなることで磁気的に結合するグラニュールがほぼ無くなり、膜の強磁性が失われる(超常磁性)。
Of the components L of the ferromagnetic thin film of the present invention (first invention), Ni has a low saturation magnetization, so these metals alone are excluded from L. Therefore, as L, Co alone, Fe alone, Co—Fe, Co—Ni, Co—Ni—Fe or the like can be used. In the general formula L 100-ab M a F b representing the composition of the ferromagnetic thin film, if a and b are less than 3% and less than 6%, respectively, the specific resistance is 1.0 × 10 2 μΩ · cm or less, while a , b is 7% or more and 18% or more, respectively, the saturation magnetization and the anisotropic magnetic field both decrease, and it becomes difficult to obtain a ferromagnetic resonance frequency of 7 GHz or more.
Specifically, in LMF, when the total atomic ratio of M and F is 25% or more, the contact of granule made of metal L decreases, and the specific resistance reaches 1 × 10 3 μΩ · cm or more. The magnetic coupling between the granules decreases, and the long-range permeability of the magnetocrystalline anisotropy decreases, so the anisotropic magnetic field also decreases. Also, the magnetization is diluted simply by reducing the space occupancy of the magnetic material. Furthermore, in the composition region where the total atomic ratio of M and F increases and exceeds 60%, the distance between the granules made of metal L increases, so that there is almost no magnetically coupled granules and the film ferromagnetism is reduced. Lost (superparamagnetism).

よって、MとFとの合計の原子比率が24 %以下、言い換えればLが76 %以上の組成範囲で、特に異方性磁界と飽和磁化が高い材料が得られる。しかし、Lが90 %を超え、あるいはMと Fの合計原子比率が10%未満になると、磁気特性は向上するものの、(イ)比抵抗はもはや1.0×102 μΩ・cmを下回り、従来の金属材料と渦電流損失の観点では差が無くなる。(ロ)磁化が3.5 kG以下で異方性磁界のみを極めて高くすると(例えば、後述の実施例、表1、試料番号29よりもPd置換量が多い試料では)静的透磁率が3を割り込み、デバイス応用において空気との区別が付きにくくなる。また、(ハ)磁化が21.5 kGを超えると、膜の比抵抗が1.0×102 μΩ・cmを割り込む。さらに、段落番号0018の「異方性磁界と飽和磁化」の項で述べた理由から、3.5 kG以上21.5 kG以下の飽和磁化及び300 Oe以上の異方性磁界の両方が満たされることが必要である。本発明においては、前記(ロ)及び(ハ)に加えて、さらに(ニ)強磁性共鳴周波数が7 GHzを超えることが必要である。後述の実施例などの試料を作製した結果、飽和磁化が3.5 kGの場合は異方性磁界が1310 Oe以上で、強磁性共鳴周波数が7GHzを超える。あるいは飽和磁化が21.5 kGと高い場合は異方性磁界が300 Oe以上で、7 GHz以上の透磁率の強磁性共鳴周波数が得られる。
本発明においては、透磁率の強磁性共鳴周波数の概算値は、周波数掃引が必要でないために、製造した膜の評価が比較的簡単かつ迅速であり、また透磁率の強磁性共鳴周波数の実測値は、異方性分散が多いナノグラニュラー膜を電子デバイスに使用する際の特性保証が確実であるというそれぞれの特長があるために、両方の値を要件としている。
Therefore, a material having a particularly high anisotropic magnetic field and saturation magnetization can be obtained in a composition range in which the total atomic ratio of M and F is 24% or less, in other words, L is 76% or more. However, if L exceeds 90% or the total atomic ratio of M and F becomes less than 10%, the magnetic properties will improve, but (a) the specific resistance will no longer be less than 1.0 × 10 2 μΩ · cm. There is no difference in terms of metal material and eddy current loss. (B) When the magnetization is 3.5 kG or less and only the anisotropic magnetic field is made extremely high (for example, in the example described later, Table 1, the sample having a larger Pd substitution amount than sample number 29), the static permeability interrupts 3 In device applications, it becomes difficult to distinguish from air. (C) When the magnetization exceeds 21.5 kG, the specific resistance of the film falls below 1.0 × 10 2 μΩ · cm. Furthermore, for the reason described in the paragraph “Anisotropic magnetic field and saturation magnetization” in paragraph 0018, it is necessary that both the saturation magnetization of 3.5 kG or more and 21.5 kG or less and the anisotropic magnetic field of 300 Oe or more are satisfied. is there. In the present invention, in addition to the above (b) and (c), (d) the ferromagnetic resonance frequency needs to exceed 7 GHz. As a result of producing samples such as examples described later, when the saturation magnetization is 3.5 kG, the anisotropic magnetic field is 1310 Oe or more and the ferromagnetic resonance frequency exceeds 7 GHz. Alternatively, when the saturation magnetization is as high as 21.5 kG, a ferromagnetic resonance frequency with an anisotropic magnetic field of 300 Oe or more and a permeability of 7 GHz or more can be obtained.
In the present invention, the approximate value of the ferromagnetic resonance frequency of the magnetic permeability does not require a frequency sweep, so that the evaluation of the manufactured film is relatively simple and quick, and the measured value of the ferromagnetic resonance frequency of the magnetic permeability. Both of these values are required because each has the characteristic of ensuring the characteristics when using a nano-granular film having a large anisotropic dispersion in an electronic device.

上記の実験結果の一例として、図1には、後述の実施例で行った方法で成膜した、LがCo単独、およびFeとCoから成り、MがCaから成る薄膜について、膜中のMとFの合計と比抵抗との関係を示した。MとFの合計が請求項1の下限と一致する10 %以上の組成範囲において、1.0×102 μΩ・cm 以上の比抵抗を満たすことが分かる。また、この時の飽和磁化と膜中のMとFの合計との関係が図2である。上述のように、飽和磁化は高ければ高い方が好ましいが、磁性材料の飽和磁化は、理論的にもパーメンジュール(Co65Fe35合金)の24 kGが最高である。ただし、本発明では非磁性の絶縁体と磁性体を混ぜるために、磁化は希釈されて低下することとなる。図2では、MとFの合計が請求項1の下限と一致する10 %以上の組成範囲においては、約21.5 kG以上の飽和磁化を満足できないことがわかる。これが、磁化の上限を21.5 kGとする根拠となる。一方、磁化が3.5 kG以下で異方性磁界のみを極めて高くすることによって、7 GHz以上の強磁性共鳴周波数を得ようとする場合、膜の静的透磁率(透磁率の実部が低周波で一定値を示す部分)が3を割り込み、これをさらにデバイス化しようとする場合には、空気との区別が付きにくくなるため、磁化の下限を3.5 kGとしている。
なお、本発明(第1発明)の膜面内一軸磁気異方性については図3〜5を参照して後述する。
As an example of the above experimental results, FIG. 1 shows M in the film for a thin film formed by the method performed in the examples described later, wherein L is composed of Co alone, Fe and Co, and M is Ca. And the relationship between the total of F and the specific resistance is shown. It can be seen that the specific resistance of 1.0 × 10 2 μΩ · cm 2 or more is satisfied in the composition range of 10% or more where the sum of M and F matches the lower limit of claim 1. FIG. 2 shows the relationship between the saturation magnetization at this time and the sum of M and F in the film. As described above, the higher the saturation magnetization, the better. However, the saturation magnetization of the magnetic material is theoretically the highest at 24 kG of permendur (Co 65 Fe 35 alloy). However, in the present invention, since the non-magnetic insulator and the magnetic material are mixed, the magnetization is diluted and lowered. In FIG. 2, it can be seen that the saturation magnetization of about 21.5 kG or more cannot be satisfied in the composition range of 10% or more where the sum of M and F matches the lower limit of claim 1. This is the basis for the upper limit of magnetization of 21.5 kG. On the other hand, when trying to obtain a ferromagnetic resonance frequency of 7 GHz or more by making the magnetization only 3.5 kG or less and making the anisotropic magnetic field extremely high, the static permeability of the film (the real part of the permeability is the low frequency). In the case where a constant value is interrupted by 3 and an attempt is made to make this into a device, it becomes difficult to distinguish it from air, so the lower limit of magnetization is set to 3.5 kG.
In-film uniaxial magnetic anisotropy of the present invention (first invention) will be described later with reference to FIGS.

本発明(第2発明)では、Lからなる磁性金属グラニュールを、化学的に極めて安定なPdまたはPtの貴金属を含む合金とすることによって、磁性金属グラニュールの抗フッ化性を高め、フッ化物マトリックスとの相分離を促進する。磁性金属グラニュールを構成するLの元素がFと結合してしまうと、膜の飽和磁化が減少するが、Pd、Ptはこれを最小限に抑制する効果がある。さらに、Pd、Ptは異方性磁界を著しく大きくする効果を有しているために、第1発明においてはLから除かれているNi単独も使用することができる。しかしながら、Pd、Ptは非磁性金属であるため、その原子比率が50 %を超えると、異方性は強くなるものの飽和磁化が減少し、その結果異方性磁界も低下するので、強磁性共鳴が7 GHzを超える高性能を維持できなくなることに加えて、磁歪定数も著しく増加するので、好ましくない。上述したLが合金であることを除いて、その他の第2発明の構成は第1発明と同じである。       In the present invention (second invention), the magnetic metal granule composed of L is made of an alloy containing a chemically very stable Pd or Pt noble metal, thereby increasing the anti-fluorination property of the magnetic metal granule and Facilitates phase separation with the fluoride matrix. If the L element constituting the magnetic metal granule is combined with F, the saturation magnetization of the film decreases, but Pd and Pt have the effect of minimizing this. Further, since Pd and Pt have the effect of remarkably increasing the anisotropic magnetic field, Ni which is excluded from L can be used in the first invention. However, since Pd and Pt are nonmagnetic metals, if their atomic ratio exceeds 50%, the anisotropy increases, but the saturation magnetization decreases, and as a result the anisotropic magnetic field also decreases. In addition to not being able to maintain high performance exceeding 7 GHz, the magnetostriction constant is also significantly increased. Except that L described above is an alloy, the other configurations of the second invention are the same as those of the first invention.

本発明(第3発明)のナノグラニュラー構造は、スパッタ法によって、磁性金属とフッ化物からなるネットワーク状の微細組織の薄膜を作製することによって、得られる。これらのナノグラニュラー膜は、スパッタ法、例えばRFスパッタ成膜装置を用い、磁性金属合金による原料円板と、別に用意したフッ化物、例えばMgF2、CaF2等の焼結体の円板から成るターゲットを同時にスパッタし、各円板と対向するように配置した基板を交互に通過させることで作製する。成膜は、静磁場中あるいは無磁場中で行う。基板は100℃から800℃の範囲で加熱されることもある。成膜後の熱処理は、例えば静磁界中および回転磁界中、あるいは無磁場中で、100℃から800℃の範囲のそれぞれの温度で適当な時間、例えば5分〜5時間保持し、その後、これらの膜を静磁界中で成膜、あるいは成膜後の膜を静磁界中で熱処理する。これらの成膜方法および熱処理のいずれによっても膜面内一軸異方性を付与することができる。 The nano-granular structure of the present invention (third invention) can be obtained by producing a network-like microstructured thin film made of magnetic metal and fluoride by sputtering. These nano-granular films are made of a sputtering method, for example, an RF sputtering film forming apparatus, and a target disk made of a magnetic metal alloy raw material disk and a separately prepared sintered disk such as MgF 2 and CaF 2. Are simultaneously sputtered, and the substrate disposed so as to face each disk is alternately passed. Film formation is performed in a static magnetic field or in the absence of a magnetic field. The substrate may be heated in the range of 100 ° C to 800 ° C. The heat treatment after the film formation is, for example, held at each temperature in the range of 100 ° C. to 800 ° C. for an appropriate time, for example, 5 minutes to 5 hours, in a static magnetic field, a rotating magnetic field, or no magnetic field. The film is formed in a static magnetic field, or the film after film formation is heat-treated in a static magnetic field. In-film uniaxial anisotropy can be imparted by any of these film forming methods and heat treatments.

本発明(第4発明)は各種材質、形状寸法の基板上にサブミクロンから数 μmの厚さの強磁性薄膜を成膜することにより、電子機器の磁性部品の小型化を可能にする。
続いて、本発明の強磁性薄膜の成膜方法を説明する。
The present invention (fourth invention) makes it possible to reduce the size of magnetic components of electronic devices by forming a ferromagnetic thin film having a thickness of submicron to several μm on a substrate of various materials and shapes.
Next, a method for forming a ferromagnetic thin film according to the present invention will be described.

本発明の強磁性薄膜は、従来型のスパッタ装置で成膜することができ、これは工業的にも大きな利点である。RFスパッタ成膜装置などを用い、上記の方法や、純CoあるいはFe、Co、Niのいずれか2種以上とPd、Ptのいずれか1種以上を含む合金円板上に、M元素を含むフッ化物の絶縁体のチップを均等に配置した複合ターゲットを用いるなどの方法でも、基板上にスパッタ成膜すると、磁性グラニュールと絶縁体が分散したナノグラニュラー構造膜が得られる。
また、基板近傍に電磁石や永久磁石を配置するなど、成膜中に静磁界を印加することによって磁気異方性を誘導し、さらには、基板を回転させることで一軸異方性を強化することにより、所望の磁気特性の薄膜が得られる。
The ferromagnetic thin film of the present invention can be formed by a conventional sputtering apparatus, which is a great advantage industrially. Using an RF sputter deposition system or the like, the above method, or an alloy disk containing pure Co or any one of Fe, Co and Ni and one or more of Pd and Pt contains M element. Even when a composite target in which tips of fluoride insulators are uniformly arranged is used, a nano-granular structure film in which magnetic granules and insulators are dispersed can be obtained by sputtering film formation on a substrate.
In addition, magnetic anisotropy is induced by applying a static magnetic field during film formation, such as placing an electromagnet or permanent magnet in the vicinity of the substrate, and uniaxial anisotropy is strengthened by rotating the substrate. Thus, a thin film having desired magnetic properties can be obtained.

今回実験に用いた成膜方法をより具体的に説明すると、RFマグネトロン/コンベンショナルタイプのスパッタ装置、RFマグネトロン/コンベンショナルタイプのカルーセルスパッタ装置、あるいはDC対向ターゲットスパッタ装置を用い、直径50〜112 mmの純Fe、純Co、純NiあるいはFe、Co、Niのいずれか2種以上とPd、Ptのいずれか1種以上を含む1個以上の合金円板ターゲット(すなわち第1カソード)、さらにM元素を含むフッ化物ターゲット(すなわち第2カソード)を、スパッタリング装置内で、下向き、上向き又は横向きに保持し、同時にスパッタすることにより、第1、2カソードを構成する物質がスパッタされ、部分的にフリーラジカル化したスパッタ粒子がカソードから飛び出す。これら粒子が効率的に入射する領域に基板を配置する。基板はアノードに支持することにより、負の電荷を有するスパッタ粒子がアノードに電気的に吸引され、基板面に薄膜を作製する。この際、一般には、カソードが下向き配置の場合は、アノードは上向きに配置され、カソードが上向き配置の場合は、アノードが下向きに配置され、さらにカソードが横向き配置の場合はアノードも横向きに配置されるなどのカソード/アノード対向配置が行われる。カソード/アノードの非対向配置として次のような配置も行われている。第1カソードを一対の分割対向カソードとし、第2カソードを第1カソードの側方に、カソード面が上記対向方向と平行になるように配置する。又は、第2カソードも一対の分割対向カソードとし、第1、2ターゲットが同じ方向に対向する。これら第1および第2カソードは、軸心の周りと回転する円筒に準ずる形状のアノードを挟んで配置される。分割カソードの各カソードは同じ組成でもよく、あるいは異なる組成としてもよい。
第1カソードおよび第2カソードに投入される電力は、それぞれのカソードの物質が膜を構成する比率に対応するように、独立して制御される。この時、第1および第2カソードから同時スパッタされたスパッタ粒子は、アノード上に支持された基板に成膜される。基板が周期的に第1および第2カソードの近傍位置を通過することにより所望の組成をもつ膜が成膜される。スパッタ粒子の入射角を制御するために、膜構造に由来する磁気異方性が保たれる範囲で、カソードもしくは基板に任意の角度を付け、カソード/アノードの対向配置の関係を制御することもある。同様に非対向配置の場合も、基板がスパッタ粒子と接触する位置を周期的に通過することにより所望の組成をもつ膜が形成される。
上記した説明はカルーセルスパッタにも基本的に該当するが、カルーセルスパッタの場合は、第1カソードと第2カソードはそれぞれ異なる向きにあるが、円筒状アノードはこれら対向空間に位置して、円筒体の中心軸の周りに回転し、円筒側面に支持された基板を周期的に第1カソードと第2カソードと対向する位置を通過させる。DC対向ターゲットスパッタ装置においては、上述のように、分割第1カソードが対向ターゲットであり、基板を挟んで反対側に第2カソードがあり、アノード(基板)は両ターゲットと交互に接近するように回転する。
スパッタ成膜に際しては、スパッタガスに純Arガスを用いる。膜厚のコントロールは成膜時間を加減することによって行い、約0.1〜3 μmに成膜する。尚、基板は間接水冷あるいは100〜800℃の任意の温度に熱し、成膜時のArガス圧力は1〜20 mTorrで、スパッタ電力は10〜1000 Wである。また、基板ホルダーに一対の永久磁石を配置し、基板表面に100〜500 Oeの静磁界を印加することができる。当然ながら、ターゲットの形状や面積、印加磁界の強さなどが、上記範囲を超えていても同様の結果が得られることは、容易に推測できる。
The film forming method used in this experiment will be described more specifically. Using an RF magnetron / conventional type sputtering device, an RF magnetron / conventional type carousel sputtering device, or a DC facing target sputtering device, the diameter is 50 to 112 mm. One or more alloy disk targets (ie, the first cathode) containing at least two of pure Fe, pure Co, pure Ni or Fe, Co, Ni and at least one of Pd and Pt, and M element By holding the fluoride target (that is, the second cathode) containing the substrate downward, upward, or laterally in the sputtering apparatus and simultaneously performing sputtering, the materials constituting the first and second cathodes are sputtered and partially free. Radicalized sputtered particles jump out of the cathode. A substrate is disposed in a region where these particles are efficiently incident. By supporting the substrate on the anode, sputtered particles having negative charges are electrically attracted to the anode, and a thin film is formed on the substrate surface. In general, when the cathode is disposed downward, the anode is disposed upward. When the cathode is disposed upward, the anode is disposed downward. When the cathode is disposed laterally, the anode is also disposed sideways. The cathode / anode facing arrangement is performed. The following arrangement is also performed as a non-opposing arrangement of the cathode / anode. The first cathode is a pair of divided opposing cathodes, and the second cathode is arranged on the side of the first cathode so that the cathode surface is parallel to the opposing direction. Alternatively, the second cathode is also a pair of split opposed cathodes, and the first and second targets are opposed in the same direction. These first and second cathodes are arranged with an anode having a shape similar to a rotating cylinder around an axis. Each cathode of the divided cathode may have the same composition or a different composition.
The electric power supplied to the first cathode and the second cathode is independently controlled so as to correspond to the ratio of each cathode material constituting the membrane. At this time, the sputtered particles simultaneously sputtered from the first and second cathodes are formed on a substrate supported on the anode. A film having a desired composition is formed by periodically passing the substrate in the vicinity of the first and second cathodes. In order to control the incident angle of sputtered particles, the cathode or the substrate can be set at an arbitrary angle within the range where the magnetic anisotropy derived from the film structure is maintained, and the relationship of the cathode / anode facing arrangement can be controlled. is there. Similarly, in the non-opposing arrangement, a film having a desired composition is formed by periodically passing through the position where the substrate contacts the sputtered particles.
The above description basically applies to carousel sputtering. In the case of carousel sputtering, the first cathode and the second cathode are in different directions. The substrate supported on the cylindrical side surface is periodically passed through a position facing the first cathode and the second cathode. In the DC facing target sputtering apparatus, as described above, the divided first cathode is the facing target, the second cathode is on the opposite side across the substrate, and the anode (substrate) is alternately approaching both targets. Rotate.
In sputtering film formation, pure Ar gas is used as the sputtering gas. The film thickness is controlled by adjusting the film formation time, and is formed to a thickness of about 0.1 to 3 μm. The substrate is heated by indirect water cooling or an arbitrary temperature of 100 to 800 ° C., the Ar gas pressure during film formation is 1 to 20 mTorr, and the sputtering power is 10 to 1000 W. Further, a pair of permanent magnets can be arranged on the substrate holder, and a static magnetic field of 100 to 500 Oe can be applied to the substrate surface. Of course, it can be easily estimated that the same result can be obtained even if the shape and area of the target, the strength of the applied magnetic field, etc. exceed the above range.

段落番号0021などで触れたグラニュールの体積割合を大きくするためには、金属ターゲットとフッ化物ターゲットのそれぞれから飛び出す粒子の量を個別に制御する必要がある。即ち、金属グラニュールと多結晶フッ化物の粒径が薄膜中で一定である薄膜を想定して、多くのグラニュール成分がターゲットから飛び出し基板上にデポジットするように金属ターゲットの電力を相対的に大きくすると強磁性薄膜となり、一方でフッ化物ターゲットへの投入電力を相対的に大きくすると超常磁性薄膜となる。       In order to increase the volume ratio of the granule touched in paragraph 0021 or the like, it is necessary to individually control the amount of particles popping out from each of the metal target and the fluoride target. That is, assuming a thin film in which the particle size of the metal granules and polycrystalline fluoride is constant in the thin film, the power of the metal target is relatively set so that many granule components jump out of the target and deposit on the substrate. When it is increased, it becomes a ferromagnetic thin film, while when the input power to the fluoride target is relatively increased, it becomes a superparamagnetic thin film.

ここで、本発明(第5発明)においては、段落0037で説明した第1および第2カソードに10〜1000 W範囲内の電力を独立に制御して投入する。アノード上に配置された基板をカソード上、下、又は横位置を通過させる際のアノードを1〜200 rpmの範囲内で一定もしくは変速回転で回転させ、基板の面内にこの回転数に応じた周速(回転力)を加えることにより、スパッタリング成膜プロセス中に磁界を印加しなくとも、一軸配向が起こる(スパッタリング条件(A))。図3から5は、後述する本発明の試料番号2の膜に関して表1に示した(Co0.84Pd0.16)81-(Ca0.33F0.67)19で表される、CoPd合金をグラニュールとして、CaF2をマトリックスとして、別々の相構成成分となるように、成膜を行った結果である。基板は水冷し、成膜後の熱処理は行っていない。
図3〜5は、RFマグネトロン/コンベンショナルタイプスパッタリング装置において、ターゲットへの合計投入電力が100 W、 アノードの回転数10 rpmの条件を採用している。投入電力100 Wのうち、75 %(75 W)は第1カソード(ターゲット)(CoPd合金)に、残りの25 %(25 W)は第2カソード(ターゲット)(CaF2)に投入されるように、各カソードへの電力投入回路を独立に制御した。なお、CoPdとCaF2はそれぞれスパッタリングレートが異なるため、投入電力比がそのまま膜の組成(グラニュールとマトリックスとの比率)にならないので、上記の例においてグラニュール(第1カソード)への投入電力75%と組成比率81%は若干の相違が生じる。
図3は、静磁界を印加せず成膜した磁化曲線を示す。磁化曲線は、後述するように振動試料型磁力計で測定された。図3は、基板ホルダーであるアノード板を回転しながら成膜することで、この回転の遠心-向心方向が磁界容易方向になる。段落番号0043において図7と8を用いて後述するように、結晶学的には膜面垂直方向が磁化容易軸になりやすい配向を有しているが、膜面垂直方向は反磁界により磁化困難であるために、本発明の「膜面内一軸磁気異方性」が形成されている。
続いて、スパッタリング装置における一般的な磁石配置において成膜を行った結果が図4である。この場合、アノードの回転によって異方性が付与される方向から膜面内で直交した方向に静磁界を印加しているので、膜の磁化容易方向はややその方向へ回転させられる。この回転角は、膜の組成(Lの原子比率)や回転数、静磁界の強さに依存するため、安定した膜作りができなくなるが、「膜面内一軸磁気異方性」は付与されている。
最後に、新たな方法(第5発明)として、治具を用いてアノード回転の遠心-向心方向に静磁界を加えて成膜した結果が図5である。この場合、図3の磁化曲線で示すように一軸磁気異方性は付与される(すなわち、本発明の「膜面内一軸磁気異方性」は付与されている)が、アノードの回転によって異方性が付与される方向に100〜500 Oeの範囲の磁界を印加している(スパッタリング条件(B))ので、膜の異方性は強化される。なお、段落番号0038で説明した円筒型アノードについてはN、S磁石を円筒体の回転方向に配列する。図3では磁化困難軸の保磁力が100 Oeを超え、200 Oe弱と大きく、磁化容易方向の角形比が低いが、図5では、磁化困難軸の保磁力が100 Oe未満となっている。この結果に基づいて、第5発明においては、磁化困難軸方向の保磁力100 Oe未満を異方性分散減少の指標としている。
なお、この磁界印加方向の制御においては、磁界の極性(N/S極)にはほとんど依存しない。
Here, in the present invention (fifth invention), power in the range of 10 to 1000 W is independently controlled and applied to the first and second cathodes described in paragraph 0037. When the substrate disposed on the anode is passed over the cathode, below, or lateral position, the anode is rotated at a constant or variable speed within a range of 1 to 200 rpm, and the number of rotations in accordance with the number of rotations in the plane of the substrate. By applying a peripheral speed (rotational force), uniaxial orientation occurs without applying a magnetic field during the sputtering film forming process (sputtering condition (A)). 3 to 5 are shown in Table 1 with respect to Sample No. 2 of the film of the present invention to be described later (Co 0.84 Pd 0.16) 81 - represented by (Ca 0.33 F 0.67) 19, a CoPd alloy as a granule, CaF This is the result of film formation so that 2 is a matrix and separate phase components. The substrate is water-cooled and no heat treatment is performed after the film formation.
3 to 5 adopt the conditions that the total input power to the target is 100 W and the anode rotation speed is 10 rpm in the RF magnetron / conventional type sputtering apparatus. Of the input power of 100 W, 75% (75 W) is input to the first cathode (target) (CoPd alloy) and the remaining 25% (25 W) is input to the second cathode (target) (CaF 2 ). In addition, the power input circuit to each cathode was controlled independently. Since CoPd and CaF 2 have different sputtering rates, the input power ratio does not directly become the composition of the film (ratio of granule to matrix), so the input power to the granule (first cathode) in the above example. There is a slight difference between 75% and 81% composition.
FIG. 3 shows a magnetization curve formed without applying a static magnetic field. The magnetization curve was measured with a vibrating sample magnetometer as will be described later. In FIG. 3, the film is formed while rotating the anode plate which is a substrate holder, and the centrifugal-centric direction of this rotation becomes the magnetic field easy direction. As will be described later with reference to FIGS. 7 and 8 in paragraph 0043, crystallographically, the direction perpendicular to the film surface tends to be the easy axis of magnetization, but the direction perpendicular to the film surface is difficult to magnetize due to the demagnetizing field. Therefore, the “in-film uniaxial magnetic anisotropy” of the present invention is formed.
Subsequently, FIG. 4 shows a result of film formation performed in a general magnet arrangement in the sputtering apparatus. In this case, since the static magnetic field is applied in the direction orthogonal to the film plane from the direction in which anisotropy is imparted by the rotation of the anode, the easy magnetization direction of the film is slightly rotated in that direction. This rotation angle depends on the composition of the film (atomic ratio of L), the number of rotations, and the strength of the static magnetic field, making it impossible to form a stable film, but `` uniaxial magnetic anisotropy in the film plane '' is added. ing.
Finally, as a new method (fifth invention), FIG. 5 shows the result of film formation by applying a static magnetic field in the centrifugal-centric direction of the anode rotation using a jig. In this case, uniaxial magnetic anisotropy is imparted as shown by the magnetization curve in FIG. 3 (that is, “in-film uniaxial magnetic anisotropy” of the present invention is imparted), but it varies depending on the rotation of the anode. Since a magnetic field in the range of 100 to 500 Oe is applied in the direction in which the directionality is imparted (sputtering condition (B)), the anisotropy of the film is strengthened. For the cylindrical anode described in paragraph 0038, N and S magnets are arranged in the rotation direction of the cylindrical body. In FIG. 3, the coercivity of the hard axis is greater than 100 Oe and as large as 200 Oe, and the squareness ratio in the easy magnetization direction is low, but in FIG. 5, the coercivity of the hard axis is less than 100 Oe. Based on this result, in the fifth aspect of the invention, the coercive force of less than 100 Oe in the hard axis direction is used as an index for reducing anisotropic dispersion.
The control of the magnetic field application direction hardly depends on the magnetic field polarity (N / S pole).

さらに、成膜後あるいは成膜中の100〜800℃の熱処理により磁気特性を調整することができる。また、300 Oe〜10 kOeの静磁界中もしくは回転磁界中で熱処理することによって、異方性磁界の制御が可能である。但し、熱処理温度は、100 ℃未満では成膜時の発熱との差がほとんどなくなるので、効果はなく、800 ℃を越えると薄膜成分全体が全率固溶して構造が一様化してしまい、ヘテロ構造であるナノグラニュラー構造は得られない。       Further, the magnetic properties can be adjusted by heat treatment at 100 to 800 ° C. after film formation or during film formation. Further, the anisotropic magnetic field can be controlled by heat treatment in a static magnetic field of 300 Oe to 10 kOe or a rotating magnetic field. However, if the heat treatment temperature is less than 100 ° C, there is almost no difference from the heat generated during film formation, so there is no effect.If the heat treatment temperature exceeds 800 ° C, the entire thin film component is completely dissolved and the structure becomes uniform. A nano granular structure which is a heterostructure cannot be obtained.

さらに、上記したスパッタ条件の範囲内で、成膜及び熱処理条件を調整すると、(1)金属グラニュールの粒径や分散状態、(2)フッ化物絶縁体の構造や状態、(3)フッ化物絶縁体の結晶構造、(4)グラニュールとフッ化物絶縁体との接合界面、(5)絶縁体やグラニュール内の子数個程度の不純物や界面での原子の配置や移動など、原子レベルでの構造変化などに若干の影響を与える。       Further, when the film formation and heat treatment conditions are adjusted within the range of the above sputtering conditions, (1) the particle size and dispersion state of the metal granules, (2) the structure and state of the fluoride insulator, and (3) the fluoride Atomic level, such as crystal structure of insulator, (4) junction interface between granule and fluoride insulator, (5) about several impurities in insulator and granule, and arrangement and movement of atoms at interface It has a slight effect on structural changes in

(イ)本発明(第1発明)の強磁性薄膜は、Lからなる相およびMとFのフッ化物相を有しているために、前者は強磁性を有する金属ナノグラニュールとして、後者はフッ化物絶縁体粒界相として存在して、結晶異方性の強い磁性金属が高い飽和磁化と異方性磁界を両立し、高い透磁率の強磁性共鳴周波数を実現する。また、粒界相に相当するフッ化物マトリックス材料は磁性グラニュールの周りに存在するので比抵抗が高くなり、マイクロ波帯域で安定した透磁率を実現することを説明する。
(ロ)GHz帯での安定した透磁率特性を得るために、強磁性共鳴周波数を高くするためには、大きな異方性磁界と同時に大きな飽和磁化が必要である。特許文献4の図5の膜と、後述する本発明の試料番号3の膜に関して表2に示した特性と比較すると、飽和磁化は前者が10.5 kGで後者が10 kGと同等であるが、異方性磁界は前者の80 Oeに対して後者は1505 Oeであり約19倍の値を有する。これを反映して、透磁率の強磁性共鳴周波数は、前者が2.6 GHzであるのに対し、後者は17.2 GHzとなった。
(ハ)フッ化物絶縁体は酸化物絶縁体に比べて大きなバンドギャップを有するため、グラニュールが磁気的な相互作用を及ぼすほどに接近しても、伝導電子のトンネル確率は従来材料の窒化物・酸化物絶縁体に比べて非常に低いので、トンネル伝導電子のコンダンクタンスが小さくなり、大きな比抵抗を示す。さらに、フッ化物マトリックスは結晶構造を有するために、アモルファス化する従来材料とは異なってバンドギャップが減少しない。図6に示した試料番号5の比抵抗は3.5×102 μΩ・cmである。特許文献4の図5には、絶縁体が酸化イットリウムで、金属グラニュールがCoであるCo70Y7O23薄膜の磁化曲線が示されている。この図5の薄膜にあっては、磁化容易方向の磁化曲線のループが垂直に立ち上がっており、一方で磁化困難方向の保磁力がほとんどゼロであるために強磁性でかつ一軸異方性を有しているが、比抵抗は3×102 μΩ・cmである。この膜は、本発明で言うところのLの原子比率が70 %であるが、これよりも比抵抗の高い試料番号2(図3〜5)や試料番号5(図6)の膜においてはLがおよそ80 %であり、このような従来材料よりもLの多い本発明組成においても十分に高い比抵抗を発現できるのは、フッ化物をマトリックス材料に用いた効果である。
(ニ)試料番号13など、L成分をさらに増加させたにおいては、比抵抗が低下するものの、依然として1.2×102 μΩ・cmと高い値を保っているおり、磁化はむしろ21.2 kGまで増加した。よって、GHz領域での安定した透磁率を示す実用的材料を得ることができる。
(ホ)図6は、後述する本発明の試料番号5の膜に関して表1に示した(Co0.74Pd0.26)80-(Ca0.33F0.67)20の組成を有する膜(第2発明)の複素透磁率の周波数特性である。この特性は、後述するように短絡マイクロストリップライン法によって測定された。本膜は、9.4 kGの飽和磁化および1380 Oeの異方性磁界を有し、強磁性共鳴周波数は17.9 GHzに達している。この周波数は、軟磁性体としては公知の従来材料(例えば特許文献4の材料)と比べて極めて高い値である。静的透磁率(段落番号0033参照)は約5であり、実用に耐えうる。また、比抵抗は約3.5×102 μΩ・cmであり、従来の金属材料の2〜4倍の値を示している。これらは、CoPd合金グラニュールの高い結晶磁気異方性と、CaF2マトリックスの高い絶縁性に帰する。
段落番号0015の最後において、従来のナノグラニュラー材料の問題として複素透磁率の虚数部が高いために、電気的損失が起こることに触れた。これに対して図6に示される複素透磁率の虚部は、およそ4 GHzまで低く安定し、同周波数まで実部も安定しているので、Qは10を下回らない。よって、本発明の薄膜は例えば2.4 GHz帯でのインダクタとしての利用において、電気的損失が起こり難い。
(ヘ)これらの超高周波ナノグラニュラーのナノ構造は、強磁性ナノ結晶が結晶学的にランダム配向している一般的なナノ磁性体とは異なり、断面TEM像(図7)とX線極点図(図8)のように、結晶配向を有する。図7のTEM像は、色が濃く、破線の楕円で囲われた部分が、面心立方格子を呈するCo85Pd15合金から成る磁性グラニュールであり、見られる格子縞の間隔は全て0.203 nmであるので、この合金の結晶学的磁化容易方向である(111)面の面間隔であることがわかる。つまり、<111>結晶方位が、膜厚方向に対しやや斜めの方向に一様にそろっていることを示している。図8の極点図は、膜全体のCo85Pd15(111)面の結晶配向を示す。TEM像のような局所的な観察では見られないが、この結晶配向が、膜の磁化容易方向と同じ方向に集中していることを表す。この場合、グラニュールの結晶磁気異方性により膜の異方性が従来よりも増強され、高い異方性磁界を発現するようになる。また、図7より、グラニュールのサイズが楕円の長辺方向で7〜10 nm、短辺方向で5〜7 nmであることがわかる。
(ト)成膜時の磁界印加方向制御によって、膜の異方性分散を低減することができることは、図3から5に至る変化で示したとおりである。なお、各図の通り、磁界印加方向によって飽和磁化は変化せず、比抵抗も変化しない。アノード回転によって付与される異方性と直交方向に磁界を印加する本発明(第5発明)範囲外の方法を実施した場合は、異方性磁界は、図4の通り低下したように見えるが、膜の磁化容易方向が磁化曲線の測定方向(図4の紙面で上下方向)から回転しているためであり、正確に膜の磁化困難方向に合わせて本来の意味の異方性磁界を測定した場合にはほとんど変化が見られない。ナノ構造や結晶配向も図7および8に準ずる。
(A) Since the ferromagnetic thin film of the present invention (first invention) has a phase composed of L and a fluoride phase of M and F, the former is a metal nano granule having ferromagnetism, and the latter is A magnetic metal having a strong crystal anisotropy, which exists as a fluoride insulator grain boundary phase, achieves both a high saturation magnetization and an anisotropic magnetic field, and realizes a ferromagnetic resonance frequency with a high magnetic permeability. Further, it will be explained that the fluoride matrix material corresponding to the grain boundary phase is present around the magnetic granules, so that the specific resistance is increased and a stable magnetic permeability is realized in the microwave band.
(B) In order to increase the ferromagnetic resonance frequency in order to obtain stable permeability characteristics in the GHz band, a large saturation magnetization is required simultaneously with a large anisotropic magnetic field. Compared to the characteristics shown in Table 2 for the film of FIG. 5 of Patent Document 4 and the film of Sample No. 3 of the present invention described later, the saturation magnetization is equivalent to 10.5 kG for the former and 10 kG for the latter. The isotropic magnetic field is 80 Oe in the former, and 1505 Oe in the latter, which is about 19 times higher. Reflecting this, the ferromagnetic resonance frequency of the magnetic permeability was 2.6 GHz for the former, and 17.2 GHz for the latter.
(C) Since fluoride insulators have a larger band gap than oxide insulators, the tunneling probability of conduction electrons is the nitride of conventional materials even if the granules are close enough to have a magnetic interaction. -Since it is very low compared with oxide insulators, the conductance of tunnel conduction electrons is reduced, and a large specific resistance is exhibited. Furthermore, since the fluoride matrix has a crystal structure, the band gap does not decrease unlike conventional materials that become amorphous. The specific resistance of sample number 5 shown in FIG. 6 is 3.5 × 10 2 μΩ · cm. FIG. 5 of Patent Document 4 shows a magnetization curve of a Co 70 Y 7 O 23 thin film in which the insulator is yttrium oxide and the metal granule is Co. In the thin film of FIG. 5, the loop of the magnetization curve in the easy magnetization direction rises vertically, while the coercive force in the difficult magnetization direction is almost zero, so it is ferromagnetic and has uniaxial anisotropy. However, the specific resistance is 3 × 10 2 μΩ · cm. In this film, the atomic ratio of L as referred to in the present invention is 70%, but in the films of Sample No. 2 (FIGS. 3 to 5) and Sample No. 5 (FIG. 6) having higher specific resistance, L It is the effect of using fluoride as the matrix material that can exhibit a sufficiently high specific resistance even in the composition of the present invention having a larger amount of L than that of the conventional material.
(D) When the L component was further increased, such as sample number 13, although the specific resistance decreased, it still maintained a high value of 1.2 × 10 2 μΩ · cm, and the magnetization increased to 21.2 kG rather. . Therefore, a practical material showing a stable magnetic permeability in the GHz region can be obtained.
(E) FIG. 6 shows the complex of the film (second invention) having the composition of (Co 0.74 Pd 0.26 ) 80- (Ca 0.33 F 0.67 ) 20 shown in Table 1 for the film of sample number 5 of the present invention described later. It is a frequency characteristic of magnetic permeability. This characteristic was measured by the short-circuit microstrip line method as described later. This film has a saturation magnetization of 9.4 kG and an anisotropic magnetic field of 1380 Oe, and the ferromagnetic resonance frequency reaches 17.9 GHz. This frequency is an extremely high value as compared with a known conventional material (for example, the material of Patent Document 4) as a soft magnetic material. The static permeability (see paragraph No. 0033) is about 5, and can withstand practical use. The specific resistance is about 3.5 × 10 2 μΩ · cm, which is 2 to 4 times the value of conventional metal materials. These are attributed to the high magnetocrystalline anisotropy of the CoPd alloy granules and the high insulating properties of the CaF 2 matrix.
At the end of paragraph 0015, it was mentioned that the electrical loss occurs due to the high imaginary part of the complex permeability as a problem of the conventional nanogranular material. On the other hand, the imaginary part of the complex permeability shown in FIG. 6 is stable down to about 4 GHz and the real part is stable up to the same frequency, so Q does not fall below 10. Therefore, the thin film of the present invention hardly causes electrical loss when used as an inductor in the 2.4 GHz band, for example.
(F) The nanostructures of these ultra-high frequency nano-granular materials are different from general nanomagnets in which ferromagnetic nanocrystals are randomly oriented crystallographically, and cross-sectional TEM images (Fig. 7) and X-ray pole figures ( As shown in FIG. 8), it has a crystal orientation. The TEM image in Fig. 7 is a magnetic granule made of Co 85 Pd 15 alloy that is dark in color and surrounded by an ellipse with a broken line, and has a face-centered cubic lattice. Therefore, it can be seen that the spacing is the (111) plane spacing, which is the crystallographic easy magnetization direction of this alloy. That is, it is shown that the <111> crystal orientation is uniformly aligned in a direction slightly oblique to the film thickness direction. The pole figure of FIG. 8 shows the crystal orientation of the Co 85 Pd 15 (111) plane of the entire film. Although not observed by local observation such as a TEM image, this indicates that this crystal orientation is concentrated in the same direction as the easy magnetization direction of the film. In this case, the anisotropy of the film is enhanced as compared with the conventional case due to the magnetocrystalline anisotropy of the granules, and a high anisotropic magnetic field is developed. FIG. 7 shows that the granule size is 7 to 10 nm in the long side direction of the ellipse and 5 to 7 nm in the short side direction.
(G) As shown by the changes from FIGS. 3 to 5, the anisotropic dispersion of the film can be reduced by controlling the magnetic field application direction during film formation. As shown in each figure, the saturation magnetization does not change and the specific resistance does not change depending on the magnetic field application direction. When a method outside the scope of the present invention (fifth invention), in which a magnetic field is applied in a direction orthogonal to the anisotropy imparted by the anode rotation, the anisotropic magnetic field appears to have dropped as shown in FIG. This is because the easy magnetization direction of the film is rotating from the measurement direction of the magnetization curve (vertical direction on the paper surface of FIG. 4), and the original anisotropic magnetic field is accurately measured in accordance with the difficult magnetization direction of the film. If you do, there is almost no change. The nanostructure and crystal orientation are also in accordance with FIGS.

上述のとおり、本発明においては、飽和磁化、異方性磁界、比抵抗及び高周波透磁率の磁気共鳴周波数が満たされている。従来のナノグラニュラー材料もこれらの幾つかあるいは全部を向上することを意図していたが、次表1に示すように本発明の観点からは十分ではない。       As described above, in the present invention, the magnetic resonance frequencies of saturation magnetization, anisotropic magnetic field, specific resistance, and high-frequency magnetic permeability are satisfied. Conventional nanogranular materials were also intended to improve some or all of these, but are not sufficient from the perspective of the present invention as shown in Table 1 below.

Figure 2017041599
Figure 2017041599

表1において使用されている符号の意味は次のとおりである。「磁気共鳴周波数(A)」-概算値;「磁気共鳴周波数(B)」-実測値;「○」‐本発明が特定する各特性値を満たす;「×」:本発明が特定する特性値を満たさない;「−」‐該当する文献に記載されていないので不明。
表1から、本発明では、結晶磁気異方性もしくは磁化の高い磁性金属を用い、高い共鳴周波数を得ることに加え、フッ化物による高い絶縁性で高い比抵抗を維持していることがわかる。
The meanings of the symbols used in Table 1 are as follows. “Magnetic Resonance Frequency (A)” — estimated value; “Magnetic Resonance Frequency (B)” — actually measured value; “◯” —respective characteristic values specified by the present invention; “×”: characteristic value specified by the present invention "-"-Unknown because it is not described in the relevant literature.
From Table 1, it can be seen that in the present invention, a magnetic metal having high magnetocrystalline anisotropy or magnetization is used, and in addition to obtaining a high resonance frequency, high resistivity is maintained with high insulation by fluoride.

以下、本発明(第1、2、3発明)に関して、実施例1を参照して、本発明が規定する飽和磁化、異方性磁界および比抵抗を満たす薄膜は、透磁率の強磁性共鳴周波数(実測値)を満たすことを説明する。これと関連して、透磁率の強磁性共鳴周波数の概算値は必ずしも実測値の傾向を示さないことにも触れ、本発明のグラニュール成分Lの組成が本発明の範囲内で変化する場合、飽和磁化などの磁気特性がどのように影響を受けるか(第2発明)について触れ、第3発明のナノ構造についても説明する。また、本発明(第5発明)は実施例2を参照して説明する。
〔実施例1〕
予備実験
基板には、約0.5mm厚のコーニング社製イーグルXG(コーニング社の商品名)ガラス、約0.5mm厚のコーニング社製イーグル2000(コーニング社の商品名)ガラス、0.5mm厚で表面を熱酸化したSiウエハ、0.5mm厚の石英ガラス、もしくは同様に約0.5mm厚のMgOとサファイアを用い、さらに、膜厚を0.2〜3 μmの範囲で変化させた試料番号2の組成を有する薄膜を成膜した。この際カソードには、Co84Pd16の組成を有する第1ターゲットと、CaF2の組成を有する第2ターゲットを用いた。作られた膜を化学分析したところ、第2カソード(ターゲット)の磁性材料の原子比率が79 %、第1カソード(ターゲット)の絶縁材料の原子比率が21 %であった。このことから、膜の組成はターゲットの組成に由来し、制御できていることが確かめられた。膜の磁気特性を測定したところ、基板種類、膜厚、成膜レート(スパッタ電力の絶対値)、スパッタ圧力に関係なく磁気特性は大きく変化しなかったため、以下の実験では次のような実験条件の下で様々な試料作製を行った。
Hereinafter, with respect to the present invention (first, second and third inventions), referring to Example 1, a thin film satisfying the saturation magnetization, anisotropic magnetic field and specific resistance defined by the present invention is a magnetic resonance ferromagnetic resonance frequency. The fact that (actually measured value) is satisfied will be described. In connection with this, it is also noted that the approximate value of the ferromagnetic resonance frequency of the magnetic permeability does not necessarily show the tendency of the actual measurement value, and when the composition of the granule component L of the present invention changes within the scope of the present invention, How the magnetic properties such as saturation magnetization are affected (second invention) will be described, and the nanostructure of the third invention will also be described. The present invention (fifth invention) will be described with reference to the second embodiment.
[Example 1]
The preliminary test substrate is approximately 0.5 mm thick Corning Eagle XG (Corning brand name) glass, about 0.5 mm thick Corning Eagle 2000 (Corning brand name) glass, 0.5 mm thick surface. Thermally oxidized Si wafer, 0.5 mm thick quartz glass, or similarly about 0.5 mm thick MgO and sapphire, and a thin film having the composition of sample number 2 with the film thickness changed in the range of 0.2 to 3 μm Was deposited. At this time, a first target having a composition of Co 84 Pd 16 and a second target having a composition of CaF 2 were used for the cathode. As a result of chemical analysis of the formed film, the atomic ratio of the magnetic material of the second cathode (target) was 79%, and the atomic ratio of the insulating material of the first cathode (target) was 21%. From this, it was confirmed that the film composition was derived from the target composition and could be controlled. When the magnetic properties of the film were measured, the magnetic properties did not change significantly regardless of the substrate type, film thickness, deposition rate (absolute value of sputtering power), and sputtering pressure. Various sample preparations were performed.

実施例における強磁性薄膜の作製方法および条件
成膜装置:RFマグネトロンスパッタ装置
アノード:直径250 mm
基板:イーグルXG
膜厚:1 μm(Pt含有試料は0.2 μm)
基板温度:水冷
スパッタ圧力:0.5 mTorr
合計スパッタ電力:90〜300 W(磁性金属とフッ化物ターゲットへの投入電力比調整の ため)
成膜時の基板への磁界印加:無磁界
熱処理:無処理
Ferromagnetic thin film production method and conditions in the examples Film deposition device: RF magnetron sputtering device Anode: Diameter 250 mm
Substrate: Eagle XG
Film thickness: 1 μm (Pt containing sample is 0.2 μm)
Substrate temperature: Water cooling Sputtering pressure: 0.5 mTorr
Total sputter power: 90 to 300 W (for adjusting the ratio of power input to magnetic metal and fluoride target)
Magnetic field applied to substrate during film formation: No magnetic field Heat treatment: No treatment

強磁性薄膜の評価方法
前記のようにして作製した薄膜試料は、その磁化曲線を試料振動型磁化測定装置において印加磁界±15 kOeの範囲で測定し、高周波透磁率を短絡マイクロストリップライン法で20 GHzまで測定した。また、比抵抗は直流4端子法を用いて測定し、膜組成は波長分散型分光分析法(WDS)によって分析した。また、膜の結晶構造やナノ組織は、Cu-Kα線源を用いた粉末X線回折法(XRD)、同線源によるX線極点図解析、および透過電子顕微鏡(TEM)によって解析した。TEM観察における印加電圧は200 kVであり、観察試料は精密イオンポリッシング装置で作製した。それぞれの薄膜試料の組成を表2に、諸特性を表3に示す。
Method for evaluating ferromagnetic thin film The thin film sample produced as described above was measured for its magnetization curve in the range of an applied magnetic field ± 15 kOe using a sample vibration type magnetometer, and the high-frequency permeability was measured by the short-circuit microstrip line method. Measured up to GHz. The specific resistance was measured using a direct current four-terminal method, and the film composition was analyzed by wavelength dispersion spectroscopy (WDS). The crystal structure and nanostructure of the film were analyzed by powder X-ray diffraction (XRD) using a Cu-Kα radiation source, X-ray pole figure analysis using the radiation source, and transmission electron microscope (TEM). The applied voltage in TEM observation was 200 kV, and the observation sample was prepared with a precision ion polishing apparatus. The composition of each thin film sample is shown in Table 2, and various properties are shown in Table 3.

Figure 2017041599
Figure 2017041599

Figure 2017041599
Figure 2017041599

表3において、すべての試料は7 GHz以上の透磁率の共鳴周波数(実測値)を達成している。最も透磁率の共鳴周波数が高くなったのは、試料番号5、およびそれとグラニュールの組成と濃度は同じであるが、マトリックス材料の組成が異なる試料番号22から26の試料群である。試料番号5の複素透磁率の周波数特性は、前述の図6に示した通りである。試料番号1から9までは、グラニュール組成のCoとPdとの原子比率において、Pd量を増加させている。異方性磁界が最も高いのは試料番号4であり、磁化もPd量が多い試料番号5よりも高い。つまり、磁化と異方性磁界から計算で見積もられる共鳴周波数は、試料5が高くなるが、実測値は異なっている。これは、図6に17.9 GHzの主ピークとは別に11 GHz付近にもう一つの共鳴が見えていることからもわかるように、厳密には磁性グラニュール一つ一つの組成は一様ではないため、それに対応していくつか強度の異なる異方性成分が発現される。これらが重畳した透磁率特性を示すからである。これは、異方性分散の中でも強度分散に由来する。
試料番号1〜9の傾向を見ると、CoPd合金におけるPd含有量が30 %を超えると、「異方性磁界と磁化が高くとも共鳴周波数が高くならない」という傾向が急激に顕著になる。磁性グラニュールのPd含有量が増加すると、それが10 %を超えると結晶構造が六方細密構造から、面心立方構造に変化し、CoPd合金の結晶異方性は純Coから一旦弱くなる。しかし、面心立方構造のCoPd合金においては、Pd含有量が増加すると再び異方性は強くなる(試料番号3、4)。ただし、非磁性元素であるPd量が増加する(第1発明)と、磁化が急激に低下してゆく(試料番号7、8、9)。異方性磁界は、膜の飽和磁化と異方性の強さによって決まるが、磁化の減少によって異方性磁界が低下するため(試料番号3から9の順に見られる組成変化に対応)、Pdが多ければ多いほど高周波特性が良くなるわけではない。
In Table 3, all samples achieved a resonance frequency (measured value) of permeability of 7 GHz or more. The resonance frequency of the magnetic permeability was highest in the sample number 5 and the sample group of the sample numbers 22 to 26 having the same composition and concentration of the granule but different in the composition of the matrix material. The frequency characteristic of the complex permeability of sample number 5 is as shown in FIG. In sample numbers 1 to 9, the amount of Pd is increased in the atomic ratio of Co and Pd in the granule composition. Sample No. 4 has the highest anisotropic magnetic field, and its magnetization is higher than Sample No. 5 having a large amount of Pd. That is, the resonance frequency estimated by calculation from the magnetization and the anisotropic magnetic field is higher for the sample 5, but the measured values are different. Strictly speaking, the composition of each magnetic granule is not uniform, as can be seen from the fact that another resonance is seen near 11 GHz apart from the main peak at 17.9 GHz in Fig. 6. Correspondingly, several anisotropic components with different strengths are expressed. This is because these indicate the superimposed magnetic permeability characteristics. This is due to the strength dispersion among the anisotropic dispersions.
Looking at the trends of sample numbers 1 to 9, when the Pd content in the CoPd alloy exceeds 30%, the tendency that “the resonance frequency does not increase even if the anisotropic magnetic field and the magnetization are high” becomes prominent. When the Pd content of the magnetic granules increases, if it exceeds 10%, the crystal structure changes from a hexagonal close-packed structure to a face-centered cubic structure, and the crystal anisotropy of the CoPd alloy temporarily weakens from pure Co. However, in the CoPd alloy having a face-centered cubic structure, the anisotropy becomes stronger again when the Pd content increases (sample numbers 3 and 4). However, when the amount of Pd, which is a nonmagnetic element, increases (first invention), the magnetization rapidly decreases (sample numbers 7, 8, 9). The anisotropic magnetic field is determined by the saturation magnetization of the film and the strength of the anisotropy. However, since the anisotropic magnetic field is reduced by the decrease in magnetization (corresponding to the composition change seen in the order of sample numbers 3 to 9), Pd The higher the number, the better the high frequency characteristics.

試料番号10および11は、試料番号1に対して、グラニュール(L)とマトリックス(M+F)との原子比率を変化させたものである。グラニュール組成は同じでも、Lの増減に対応して磁化と異方性磁界も増減し、共鳴周波数が変化していることがわかる。磁化の変化は磁性体の体積占有率(濃度)に起因し、異方性の変化は、結晶磁気異方性の長距離浸透性の変化に対応する。       Sample numbers 10 and 11 are obtained by changing the atomic ratio of granule (L) and matrix (M + F) with respect to sample number 1. It can be seen that even though the granule composition is the same, the magnetization and the anisotropic magnetic field increase and decrease in accordance with the increase and decrease of L, and the resonance frequency changes. The change in magnetization is caused by the volume occupancy (concentration) of the magnetic material, and the change in anisotropy corresponds to the change in the long-range permeability of the magnetocrystalline anisotropy.

試料番号12から14は、磁性金属の中でも飽和磁化が最も高いCoFe合金をグラニュールに適用した試料群であるCoFeはPdやPtを含む組成と比べて結晶磁気異方性は低いので、異方性磁界は小さくなるが、非磁性元素であるPdなどを含まないため、飽和磁化は異方性磁界の低下を補うには充分なほど極めて高く、実際実測共鳴周波数は7 GHzを超える。ただし、単に飽和磁化が高いだけでは共鳴周波数は高まらず、パーメンジュール組成(試料番号14)よりもFeが少ないCoFe組成(試料番号12)の方が、結晶磁気異方性が高くなる結果、より高い共鳴周波数が得られることがわかる。また、これらのCoFeグラニュールとPdとを合金化させたものが、試料番号15から17である。Pdを導入すると飽和磁化は低下するが、それ以上に異方性磁界が高くなり、結果として共鳴周波数は高まる。       Samples Nos. 12 to 14 are anisotropic because CoFe, which is a sample group in which CoFe alloys with the highest saturation magnetization among magnetic metals are applied to granules, has a lower magnetocrystalline anisotropy than compositions containing Pd and Pt. Although the magnetic field is small, it does not contain Pd, which is a nonmagnetic element, so the saturation magnetization is extremely high enough to compensate for the decrease in the anisotropic magnetic field, and the actual measured resonance frequency actually exceeds 7 GHz. However, simply because the saturation magnetization is high, the resonance frequency does not increase, and the CoFe composition (sample number 12) with less Fe than the permendule composition (sample number 14) has a higher magnetocrystalline anisotropy. It can be seen that a higher resonance frequency can be obtained. Sample numbers 15 to 17 are obtained by alloying these CoFe granules and Pd. When Pd is introduced, the saturation magnetization is decreased, but the anisotropic magnetic field is further increased, and as a result, the resonance frequency is increased.

試料番号18から20は、純CoやCoFe合金と、Pdの代わりにPtと合金化させた結果である。Ptは結晶磁気異方性を高める効果が非常に高いので、1 μm程度の膜厚でも垂直磁化成分が生ずる。よって、これらの試料膜厚は0.2 μmとして膜厚方向の反磁界係数を高め、磁化容易方向を膜面内に寝かせる工夫を施してあるが、Pdと同様の効果が得られた。       Sample numbers 18 to 20 are the results of alloying with pure Co or a CoFe alloy and Pt instead of Pd. Since Pt has a very high effect of increasing the magnetocrystalline anisotropy, a perpendicular magnetization component is generated even with a film thickness of about 1 μm. Therefore, the film thickness of these samples was set to 0.2 μm, and the demagnetizing factor in the film thickness direction was increased to lay the easy magnetization direction in the film surface, but the same effect as Pd was obtained.

試料番号21から28は、Pdと合金化させる磁性合金組成や、磁性グラニュールとナノグラニュラー組織を作るマトリックス材料の組成を変更したものである。特に、マトリックス材料組成を変更すると、そのエネルギーバンドギャップの違いによる本質的な絶縁性の変化によって比抵抗が若干増減するが、いずれも本発明の請求範囲内にあることがわかる。また、磁気特性についても同様である。       Sample Nos. 21 to 28 are obtained by changing the composition of the magnetic alloy to be alloyed with Pd and the composition of the matrix material that forms the magnetic granules and the nano-granular structure. In particular, when the composition of the matrix material is changed, the specific resistance slightly increases or decreases due to the essential change in insulation due to the difference in the energy band gap, and it is understood that both are within the scope of the present invention. The same applies to the magnetic characteristics.

試料番号29と30は、最も飽和磁化の低い磁性元素であるNiのみを用いて、これをPdとの合金としてグラニュールに適用させたものである。他の試料と比較して飽和磁化は極めて低いが、NiPd合金の組成とフッ化物との原子比率を調整することで、共鳴周波数は7 GHzになるものが得られることを示している。       Sample numbers 29 and 30 are obtained by applying only Ni, which is a magnetic element having the lowest saturation magnetization, to a granule as an alloy with Pd. Although the saturation magnetization is extremely low compared to other samples, it is shown that a resonance frequency of 7 GHz can be obtained by adjusting the atomic ratio between the composition of the NiPd alloy and fluoride.

全ての試料は、いずれも図7に準じ、数 nmの磁性グラニュールがフッ化物マトリックスに分散したナノグラニュラー構造を呈していることが、X線回折におけるグラニュールとマトリックスとの相分離の確認およびグラニュールの結晶粒径算出、もしくはTEM観察によりわかった。
よって、いずれの試料も、本願の請求範囲を満足した。
All samples have a nano-granular structure in which several nanometers of magnetic granules are dispersed in a fluoride matrix in accordance with Fig. 7. It was found by calculating the crystal grain size of the steel or by TEM observation.
Therefore, all the samples satisfied the claims of the present application.

[比較例1]
静止対向型スパッタを基とする反応性RFマグネトロンスパッタリング装置を用いて、直径4インチのターゲットをスパッタリングし、厚さ約1 μmの薄膜を作製した。尚、このときのターゲット組成はCo85Al15であり、基板には約0.5mm厚のコーニング社製イーグルXGガラスを用いた。成膜時のスパッタ圧力は0.5 mTorrで、アルゴンガスに対する反応性ガスの酸素流量比は3 %であった。また、成膜中の基板には一軸磁気異方性が付与されるように、一対の永久磁石によって約130 Oeの磁場が印加されている。なお、スパッタ投入電力は200 W一定とした。
出来た試料は組成が、(Co90Al10)78-(Al0.20O0.80)22であり、その構造は、X線回折やTEM観察などにより、粒径が10 nm以下の主CoAl合金相からなる微粒子と、厚さが約1 nm以下のAl-O系セラミックス相か粒界からなるネットワーク状の組織であった。試料は成膜時の印加磁場方向と平行方向が磁化容易となる一軸磁気異方性を有しており、その異方性磁界の大きさは83 Oeであった。磁化困難方向の保磁力は2.2 Oeであり、また、飽和磁化は11 kGで、比抵抗は9.8×101 μΩ・cmであることから、一軸異方性のナノグラニュラー軟磁性膜になっていることがわかる。しかし、飽和磁化は本発明の実施例群と同等であるものの、異方性磁界が1〜2桁低く、比抵抗もLが78 %であるものの1.0×102 μΩ・cm以下となる結果が得られた。これは、基板回転を伴わない成膜方法、CoAl合金の結晶磁気異方性の低さ、およびマトリックスのAl酸化物が非晶質であることに帰する。
[Comparative Example 1]
Using a reactive RF magnetron sputtering apparatus based on stationary facing sputtering, a target having a diameter of 4 inches was sputtered to produce a thin film having a thickness of about 1 μm. The target composition at this time was Co 85 Al 15 and Corning Eagle XG glass having a thickness of about 0.5 mm was used for the substrate. The sputtering pressure during film formation was 0.5 mTorr, and the oxygen flow ratio of the reactive gas to the argon gas was 3%. Further, a magnetic field of about 130 Oe is applied by a pair of permanent magnets so that uniaxial magnetic anisotropy is imparted to the substrate during film formation. Note that the sputtering power was constant at 200 W.
The resulting sample has a composition of (Co 90 Al 10 ) 78- (Al 0.20 O 0.80 ) 22 , and its structure is determined from the main CoAl alloy phase with a particle size of 10 nm or less by X-ray diffraction or TEM observation. It was a network-like structure consisting of fine particles and Al-O ceramic phase or grain boundaries with a thickness of about 1 nm or less. The sample had uniaxial magnetic anisotropy that facilitated magnetization in the direction parallel to the applied magnetic field during film formation, and the magnitude of the anisotropic magnetic field was 83 Oe. The coercive force in the direction of hard magnetization is 2.2 Oe, the saturation magnetization is 11 kG, and the specific resistance is 9.8 × 10 1 μΩ · cm, so it must be a uniaxial anisotropic nanogranular soft magnetic film. I understand. However, although the saturation magnetization is equivalent to the example group of the present invention, the anisotropic magnetic field is 1 to 2 orders of magnitude lower and the specific resistance L is 78%, but the result is 1.0 × 10 2 μΩ · cm or less. Obtained. This is attributed to the film-forming method without substrate rotation, the low crystal magnetic anisotropy of the CoAl alloy, and the matrix Al oxide being amorphous.

[比較例2]
異方性磁界を向上させるために、アルゴンガスに対する酸素の流量比を比較例1よりも低下させた試料は組成が(Co88Al12)82-(Al0.20O0.80)18であり、その結果、飽和磁化は12 kGまで増加したものの、比抵抗は1.0×102 μΩ・cmをさらに下回り、異方性磁界の劇的な増加は得られず、共鳴周波数は3 GHz以下に留まった。従来の成膜方法では、酸素ガス流量によって、比較例ではCoAl合金ターゲットから酸素と結合してAl酸化物のマトリックス相となるために使用されるAlの量が異なるため、グラニュール組成を一定と出来ない。そのため、飽和磁化や異方性磁界も一定にならない。
一方、本発明実施例においては、予めグラニュールとするべき合金ターゲットと、マトリックスとなるべきフッ化物ターゲットは分けてあるので、例えば磁性体にCo、フッ化物にAlF3を用いた場合、AlF3の構成元素であるAlがCoに取り込まれ、グラニュールの組成が変化することはなく、磁化や結晶磁気異方性は本発明範囲内に保たれる。
[Comparative Example 2]
In order to improve the anisotropic magnetic field, the sample in which the flow rate ratio of oxygen to argon gas is lower than that of Comparative Example 1 has a composition of (Co 88 Al 12 ) 82- (Al 0.20 O 0.80 ) 18 , and as a result Although the saturation magnetization increased to 12 kG, the specific resistance was still lower than 1.0 × 10 2 μΩ · cm, no dramatic increase in anisotropic magnetic field was obtained, and the resonance frequency remained below 3 GHz. In the conventional film formation method, the amount of Al used to bind to oxygen from the CoAl alloy target and become the matrix phase of the Al oxide differs depending on the oxygen gas flow rate, so that the granule composition is kept constant. I can't. Therefore, the saturation magnetization and the anisotropic magnetic field are not constant.
On the other hand, in the embodiment of the present invention, the alloy target to be granulated in advance and the fluoride target to be the matrix are separated. For example, when Co is used as the magnetic material and AlF 3 is used as the fluoride, AlF 3 Al, which is a constituent element, is incorporated into Co, and the composition of the granule is not changed, and the magnetization and magnetocrystalline anisotropy are kept within the scope of the present invention.

[実施例2]
実験方法は実施例1に準ずる(段落番号0048参照)。ただし、図4〜5に示すように、磁石によって基板に磁界を印加している試料も存在する。印加磁界の強さは基板中心で270 Oeとした。
図9に試料番号2の組成を有する膜の静磁化曲線を示し、実施例2の参考例である。この試料番号2は、段落番号0048の通り無磁界中で成膜されたが、その後真空中で2 kOeの磁界を磁化容易方向に印加し、140℃で10分保持の熱処理を施してある。図9中の2つの磁化ループは、膜の磁化容易方向と磁化困難方向で測定したものであり、膜面内に一軸磁気異方性を有することを示している。困難軸方向の磁化曲線の傾きから決定した異方性磁界は、779 Oeである。また、図の印加磁界範囲では最大磁化が10.0 kG程度に見えるが、さらに印加磁界強度を高めると10.5 kG以上の飽和磁化値を示す。透磁率の共鳴周波数は、8.7 GHzであった。この試料の比抵抗を直流4端子法により測定したところ、4.5×102μΩ・cmであり、従来の金属材料の2〜4倍以上の値を示した。この膜の最も特長的であるところは、磁性金属がPdを含んでいることで異方性磁界が極めて大きいことであり、透磁率の周波数限界の高周波化に大きく寄与する。同じくPtを含む試料番号18〜20においても、その他の磁性金属を用いた試料よりも異方性磁界の増加が確認できる。
なお、試料番号2について、成膜時の磁界印加の影響を調査した結果は、前述の図3〜5の通りである。図3は第5発明のスパッタリング条件(A)に相当し、図4は実施例2の参考例であり、図5がスパッタリング条件(A),(B)を同時に行う第5発明に相当し、実施例2の中心部分である。図3と図5を比較すると、飽和磁化と異方性磁界はほとんど変化しないが、図5で保磁力や角形比の改善が見られ、この複素透磁率の周波数特性を見ると、明らかに強磁性鳴半値幅が小さくなり、より高い周波数まで利用できることがわかった。
図4、5においては磁界印加方法が特殊であるので、図9(磁界中熱処理)と対比するのに適しているのは図3(無磁界中成膜で熱処理無し)である。これらを対比すると、アノード板の回転により生じる遠心/向心力やスパッタ粒子の斜め入射などによって、磁界中熱処理の場合と同様に磁化容易方向の磁化曲線と磁化困難方向の磁化曲線が分離され、一軸磁気異方性が付与されることが分かる。
なお、図3から5で説明している異方性分散低減は「角度分散」に関するものであり、これは「強度分散」(段落番号0052)とは異なり、第5発明においては、「強度分散」が膜の強磁性共鳴をむしろ高めていることが分かる。
[Example 2]
The experimental method is in accordance with Example 1 (see paragraph 0048). However, as shown in FIGS. 4 to 5, there is a sample in which a magnetic field is applied to the substrate by a magnet. The strength of the applied magnetic field was 270 Oe at the center of the substrate.
FIG. 9 shows a static magnetization curve of a film having the composition of sample number 2, which is a reference example of Example 2. Sample No. 2 was formed in the absence of a magnetic field as in Paragraph No. 0048, but after that, a magnetic field of 2 kOe was applied in the direction of easy magnetization in a vacuum and heat treatment was held at 140 ° C. for 10 minutes. The two magnetization loops in FIG. 9 are measured in the easy magnetization direction and the hard magnetization direction of the film, and indicate that the film has uniaxial magnetic anisotropy in the film plane. The anisotropic magnetic field determined from the inclination of the magnetization curve in the hard axis direction is 779 Oe. In addition, the maximum magnetization appears to be about 10.0 kG in the applied magnetic field range in the figure, but when the applied magnetic field strength is further increased, a saturation magnetization value of 10.5 kG or more is exhibited. The resonance frequency of permeability was 8.7 GHz. When the specific resistance of this sample was measured by the direct current four-terminal method, it was 4.5 × 10 2 μΩ · cm, which was 2 to 4 times or more that of a conventional metal material. The most characteristic feature of this film is that the magnetic metal contains Pd, and therefore the anisotropic magnetic field is extremely large, which greatly contributes to the increase in the frequency limit of the magnetic permeability. Similarly, in sample numbers 18 to 20 containing Pt, an increase in the anisotropic magnetic field can be confirmed as compared with samples using other magnetic metals.
The results of investigating the influence of magnetic field application during film formation on sample number 2 are as shown in FIGS. 3 corresponds to the sputtering condition (A) of the fifth invention, FIG. 4 is a reference example of Example 2, and FIG. 5 corresponds to the fifth invention in which the sputtering conditions (A) and (B) are performed simultaneously, It is a central part of Example 2. Comparing Fig. 3 and Fig. 5, the saturation magnetization and the anisotropic magnetic field hardly change, but Fig. 5 shows an improvement in coercive force and squareness ratio. Looking at the frequency characteristics of this complex permeability, it is clearly strong. It was found that the magnetic ring half-width was reduced, and that even higher frequencies could be used.
In FIGS. 4 and 5, since the magnetic field application method is special, FIG. 3 (film formation without magnetic field and no heat treatment) is suitable for comparison with FIG. 9 (magnetic field heat treatment). By contrast, the magnetization curve in the easy magnetization direction and the magnetization curve in the difficult magnetization direction are separated by the centrifugal / centripetal force generated by the rotation of the anode plate and the oblique incidence of sputtered particles, as in the case of heat treatment in a magnetic field, and uniaxial magnetic It can be seen that anisotropy is imparted.
Note that the anisotropic dispersion reduction described in FIGS. 3 to 5 is related to “angular dispersion”, which is different from “strength dispersion” (paragraph number 0052). "Is rather increasing the ferromagnetic resonance of the film.

以上説明したように、本発明による高電気抵抗強磁性薄膜は、GHz帯域に及ぶ高い周波数帯域に比較的厚くとも対応するものであり、空芯部品と明確な有意差のある特性を低損失で実現する高周波磁気デバイスの実用化に大きく寄与するものである。なお、以上主としてGHz帯域での用途について説明したが、図6などからも分かるように、GHz帯域に対応した本発明による高電気抵抗強磁性膜は、より低い周波数帯域では磁性損失も渦電流損失もより小さくなるため、例えばVHF帯(30〜300MHz)やHF帯(3〜30MHz)で使用されるデバイス用材料としても有効である。また、本発明は安定した複素透磁率の実部の利用に主眼を置いているものの、逆説的に、10 GHz以上で大きくなる虚部を利用した、従来材料よりも非常に高い周波数領域でのノイズ吸収デバイス(EMC対策デバイス)にも有用であることは容易に類推できる。       As described above, the high electrical resistance ferromagnetic thin film according to the present invention can cope with a high frequency band covering the GHz band even if it is relatively thick, and has a characteristic having a clear significant difference from an air core component with low loss. This greatly contributes to the practical application of the high-frequency magnetic device to be realized. Although the application in the GHz band has been mainly described above, as can be seen from FIG. 6 and the like, the high electrical resistance ferromagnetic film according to the present invention corresponding to the GHz band has a magnetic loss and an eddy current loss in a lower frequency band. Therefore, it is also effective as a device material used in, for example, the VHF band (30 to 300 MHz) or HF band (3 to 30 MHz). Although the present invention focuses on the use of the real part of the stable complex permeability, paradoxically, it uses an imaginary part that becomes larger at 10 GHz or more, and in a frequency region much higher than that of the conventional material. It can be easily analogized that it is also useful for noise absorbing devices (EMC countermeasure devices).

本発明のL-M-F系薄膜のM成分とF成分の合計原子%に対する比抵抗の変の一 例を示すグラフである。6 is a graph showing an example of a change in specific resistance with respect to the total atomic% of the M component and the F component of the L-MF system thin film of the present invention. 本発明のL-M-F系薄膜のM成分とF成分の合計原子%に対する飽和磁化の変化の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the change of the saturation magnetization with respect to the total atomic% of the M component and F component of the L-MF system thin film of this invention. 本発明実施例の試料番号2について、成膜時に磁界を印加しなかった時の静磁 化曲線と、基板配置である。The sample No. 2 of the embodiment of the present invention shows a static magnetization curve and a substrate arrangement when no magnetic field is applied during film formation. 本発明実施例の試料番号2について、成膜時に基板回転と平行方向に静磁界を印加した時の静磁化曲線と、基板および磁石の配置である。The sample number 2 of the embodiment of the present invention is a static magnetization curve when a static magnetic field is applied in the direction parallel to the substrate rotation during film formation, and the arrangement of the substrate and magnet. 本発明実施例の試料番号2について、成膜時に基板回転と、基板面内で直交方向に静磁界を印加した時の静磁化曲線と、基板および磁石の配置である。The sample number 2 of the embodiment of the present invention is the substrate rotation during film formation, the static magnetization curve when a static magnetic field is applied in the orthogonal direction within the substrate surface, and the arrangement of the substrate and magnet. 本発明実施例の試料番号5の複素透磁率の周波数特性である。It is a frequency characteristic of the complex magnetic permeability of the sample number 5 of an Example of this invention. 本発明のナノグラニュラー膜の典型的なナノ組織を表すTEM像である。It is a TEM image showing the typical nano structure of the nano granular film of the present invention. 本発明のナノグラニュラー膜の典型的なX線極点図である。FIG. 2 is a typical X-ray pole figure of the nanogranular film of the present invention. 本発明実施例の試料番号2を2 kOeの静磁界中で140℃の真空熱処理を行った時の、静磁化曲線である。It is a static magnetization curve when the sample number 2 of an Example of this invention is vacuum-heat-treated at 140 degreeC in the static magnetic field of 2 kOe.

Claims (5)

一般式L100-a-bMaFbで示され、LはFe、CoおよびNiから選択される1種以上の元素−但しNiの単独は除く−であり、MはLi、Mg、Al、Ca、Sr、Ba、GdおよびYから選択される1種以上の元素であり、Fはフッ素であり、かつ組成比a、bは 原子比率で、aが3 %以上7 %未満、bが6 %以上18 %未満であり、かつa+bの合計の 原子比率が10 %以上24 %以下、すなわちLが76 %以上90 %以下である組成を有し、かつ 前記Lからなる金属およびMとFのフッ化物が混合した組織をもつとともに、飽和磁化 が3.5 kG以上21.5 kG以下、異方性磁界が300 Oe以上であり、かつ高周波透磁率の強磁 性共鳴周波数が7 GHz以上であり、さらには、比抵抗が1.0×102 μΩ・cm以上であることを特徴とする膜面内一軸磁気異方性を有する強磁性薄膜。 Represented by the general formula L 100-ab M a F b , L is Fe, 1 or more elements selected from Co and Ni - although Ni alone except - and, M is Li, Mg, Al, Ca Is one or more elements selected from Sr, Ba, Gd and Y, F is fluorine, and the composition ratios a and b are atomic ratios, a is 3% or more and less than 7%, and b is 6% And a composition in which the total atomic ratio of a + b is 10% or more and 24% or less, that is, L is 76% or more and 90% or less, and the metal comprising L and M and F The saturation magnetization is 3.5 kG or more and 21.5 kG or less, the anisotropic magnetic field is 300 Oe or more, and the high frequency magnetic resonance frequency is 7 GHz or more. Is a ferromagnetic thin film having in-plane uniaxial magnetic anisotropy characterized by a specific resistance of 1.0 × 10 2 μΩ · cm or more. 一般式L100-a-bMaFbで示され、LはFe、CoおよびNiから選択され る1種以上の強磁性元素と、PdまたはPtから選択される1種以上の貴金属元素からなる 合金であり、該合金中のPd、Ptの含有量は原子比率で50 %以下であり、さらにMはLi、Mg、Al、Ca、Sr、Ba、GdおよびYから選択される1種以上の元素であり、Fはフッ素で あり、かつ組成比a、bは原子比率で、aが3 %以上7 %未満、bが6 %以上18 %未満であり、かつa+bの合計の原子比率が10 %以上24 %以下、すなわちLが76 %以上90 %以下である組成を有し、かつ前記Lからなる合金およびMとFのフッ化物が混合した組織 をもつとともに、飽和磁化が3.5 kG以上21.5 kG以下、異方性磁界が300 Oe以上であり、かつ高周波透磁率の強磁性共鳴周波数が7 GHz以上であり、さらには、比抵抗が1.0×102 μΩ・cm以上であることを特徴とする膜面内一軸磁気異方性を有する強磁性薄膜。 Represented by the general formula L 100-ab M a F b , L is Fe, and one or more ferromagnetic elements that will be selected from Co and Ni, alloys of one or more noble metal elements selected from Pd or Pt The Pd and Pt contents in the alloy are 50% or less in atomic ratio, and M is one or more elements selected from Li, Mg, Al, Ca, Sr, Ba, Gd and Y F is fluorine, and the composition ratios a and b are atomic ratios, a is 3% or more and less than 7%, b is 6% or more and less than 18%, and the total atomic ratio of a + b is 10% or more and 24% or less, that is, L has a composition of 76% or more and 90% or less, and has a structure in which the alloy of L and the fluoride of M and F are mixed, and the saturation magnetization is 3.5 kG or more 21.5 kG or less, anisotropic magnetic field is 300 Oe or more, ferromagnetic resonance frequency of high-frequency permeability is 7 GHz or more, and specific resistance is 1.0 × 10 2 μΩ · cm or more Toss Ferromagnetic thin film having a film plane uniaxial magnetic anisotropy. 前記Lからなり、平均粒径が1〜20 nmの磁性微粒子が、前記MとFの フッ化物からなる絶縁体マトリックスに均一に分布したナノグラニュラー構造を有する ことを特徴とする請求項1または2に記載の一軸磁気異方性を有する強磁性薄膜。 3. The magnetic fine particle comprising L and having an average particle diameter of 1 to 20 nm has a nanogranular structure uniformly distributed in an insulator matrix made of the fluoride of M and F. 3. A ferromagnetic thin film having uniaxial magnetic anisotropy. GHz帯域で使用されるインダクタ、カプラ、バラン、ノイズフィルター などの電子機器に組み込まれる電磁誘導性電子部品として使用される請求項1から3ま での何れか1項に記載の一軸磁気異方性を有する強磁性薄膜。 The uniaxial magnetic anisotropy according to any one of claims 1 to 3, wherein the uniaxial magnetic anisotropy is used as an electromagnetic inductive electronic component incorporated in an electronic device such as an inductor, a coupler, a balun, or a noise filter used in a GHz band. A ferromagnetic thin film. Fe、Ni およびCoから選択される1種以上の元素であるLからなる第1 カソード、およびLi、Mg、Al、Ca、Sr、Ba、Gd、およびYから選択される1種以上の元 素であるMとFのフッ化物からなる第2カソードをスパッタリング装置内に固定し、第1カソードおよび第2カソードにそれぞれ10〜1000 W範囲内の電力を独立に制御して投入し、アノードに支持された基板を、第1カソードおよび第2カソードから発するスパッタ粒子が入射する位置を周期的に通過させるように、無磁界中で、アノードを1〜200 rpmの回転数で回転させ、前記基板に成膜されるL-M-F系強磁性薄膜に面内一軸磁気異方性を付与するスパッタリング条件(A)と、前記L-M-F系強磁性薄膜の磁化容易方向に磁界を印加するスパッタリング条件(B)を同時に行うことによって、薄膜の磁化困難方向の保磁力を100 Oe未満とし、以ってナノグラニュラー構造の異方性分散を低減することを特徴とする請求項3に記載の一軸磁気異方性を有する強磁性薄膜の製造方法。 A first cathode composed of L which is one or more elements selected from Fe, Ni and Co, and one or more elements selected from Li, Mg, Al, Ca, Sr, Ba, Gd and Y A second cathode made of fluoride of M and F is fixed in the sputtering apparatus, and power in the range of 10 to 1000 W is independently controlled and applied to the first cathode and the second cathode, and supported by the anode. The anode is rotated at a rotational speed of 1 to 200 rpm in the absence of a magnetic field so that the sputtered particles emitted from the first cathode and the second cathode are periodically passed through the substrate. A sputtering condition (A) for imparting in-plane uniaxial magnetic anisotropy to the LMF ferromagnetic thin film to be deposited and a sputtering condition (B) for applying a magnetic field in the easy magnetization direction of the LMF ferromagnetic thin film are simultaneously performed. It is difficult to magnetize the thin film The direction of the coercive force is less than 100 Oe, a manufacturing method of a ferromagnetic thin film having a uniaxial magnetic anisotropy of claim 3, characterized in that to reduce the anisotropy dispersion of the nano-granular structure I following.
JP2015163849A 2015-08-21 2015-08-21 Ultra-high frequency ferromagnetic thin film and manufacturing method thereof Active JP6618298B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015163849A JP6618298B2 (en) 2015-08-21 2015-08-21 Ultra-high frequency ferromagnetic thin film and manufacturing method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015163849A JP6618298B2 (en) 2015-08-21 2015-08-21 Ultra-high frequency ferromagnetic thin film and manufacturing method thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2017041599A true JP2017041599A (en) 2017-02-23
JP6618298B2 JP6618298B2 (en) 2019-12-18

Family

ID=58206705

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015163849A Active JP6618298B2 (en) 2015-08-21 2015-08-21 Ultra-high frequency ferromagnetic thin film and manufacturing method thereof

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6618298B2 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020031084A (en) * 2018-08-20 2020-02-27 公益財団法人電磁材料研究所 Ferromagnetic laminated film, manufacturing method of the ferromagnetic laminated film, and electromagnetic induction electronic component
JP2020088078A (en) * 2018-11-21 2020-06-04 公益財団法人電磁材料研究所 Ferromagnetic multilayer film and method for manufacturing the same, and electromagnetically inductive electronic component
JP2021086901A (en) * 2019-11-27 2021-06-03 公益財団法人電磁材料研究所 Ferromagnetic thin film laminate
WO2023021877A1 (en) * 2021-08-20 2023-02-23 公益財団法人電磁材料研究所 Magneto-optical material and production method therefor

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10270246A (en) * 1997-03-22 1998-10-09 Res Inst Electric Magnetic Alloys Magnetic thin film
JP2002158486A (en) * 2000-11-17 2002-05-31 Res Inst Electric Magnetic Alloys Electromagnetic wave absorbing film
JP2006086412A (en) * 2004-09-17 2006-03-30 National Institute For Materials Science Nano-granular soft magnetic film and its manufacturing method
JP2009059932A (en) * 2007-08-31 2009-03-19 Toshiba Corp High-frequency magnetic material and antenna device using the same
JP2010067769A (en) * 2008-09-10 2010-03-25 Res Inst Electric Magnetic Alloys Magnetic resistance film, and magnetic recording magnetic head, magnetic sensor and magnetic memory using the same
JP2014175617A (en) * 2013-03-12 2014-09-22 Research Institute For Electromagnetic Materials Electrically high resistance ferromagnetic thin film

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10270246A (en) * 1997-03-22 1998-10-09 Res Inst Electric Magnetic Alloys Magnetic thin film
JP2002158486A (en) * 2000-11-17 2002-05-31 Res Inst Electric Magnetic Alloys Electromagnetic wave absorbing film
JP2006086412A (en) * 2004-09-17 2006-03-30 National Institute For Materials Science Nano-granular soft magnetic film and its manufacturing method
JP2009059932A (en) * 2007-08-31 2009-03-19 Toshiba Corp High-frequency magnetic material and antenna device using the same
JP2010067769A (en) * 2008-09-10 2010-03-25 Res Inst Electric Magnetic Alloys Magnetic resistance film, and magnetic recording magnetic head, magnetic sensor and magnetic memory using the same
JP2014175617A (en) * 2013-03-12 2014-09-22 Research Institute For Electromagnetic Materials Electrically high resistance ferromagnetic thin film

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Control of In-Plane Uniaxial Anisotropy of CoPd-CaF2 Nan ogranular Films by Tandem-Sputtering D", IEEE MAGNETICS LETTERS, vol. 5, JPN6019007577, 20 November 2014 (2014-11-20), ISSN: 0003995056 *

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020031084A (en) * 2018-08-20 2020-02-27 公益財団法人電磁材料研究所 Ferromagnetic laminated film, manufacturing method of the ferromagnetic laminated film, and electromagnetic induction electronic component
JP7133392B2 (en) 2018-08-20 2022-09-08 公益財団法人電磁材料研究所 Ferromagnetic laminated film, method for producing ferromagnetic laminated film, and electromagnetic induction electronic component
JP2020088078A (en) * 2018-11-21 2020-06-04 公益財団法人電磁材料研究所 Ferromagnetic multilayer film and method for manufacturing the same, and electromagnetically inductive electronic component
JP7181064B2 (en) 2018-11-21 2022-11-30 公益財団法人電磁材料研究所 FERROMAGNETIC LAMINATED FILM AND MANUFACTURING METHOD THEREOF AND ELECTROMAGNETIC INDUCTIVE ELECTRONIC COMPONENTS
JP2021086901A (en) * 2019-11-27 2021-06-03 公益財団法人電磁材料研究所 Ferromagnetic thin film laminate
JP7353149B2 (en) 2019-11-27 2023-09-29 公益財団法人電磁材料研究所 Ferromagnetic thin film laminate
WO2023021877A1 (en) * 2021-08-20 2023-02-23 公益財団法人電磁材料研究所 Magneto-optical material and production method therefor
JP2023028766A (en) * 2021-08-20 2023-03-03 公益財団法人電磁材料研究所 Magnet-optical material and manufacturing method therefor
JP7324807B2 (en) 2021-08-20 2023-08-10 公益財団法人電磁材料研究所 Magneto-optical material and manufacturing method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
JP6618298B2 (en) 2019-12-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Balamurugan et al. Assembly of uniaxially aligned rare-earth-free nanomagnets
Sepehri-Amin et al. Achievement of high coercivity in Sm (Fe0. 8Co0. 2) 12 anisotropic magnetic thin film by boron doping
Balamurugan et al. Hf–Co and Zr–Co alloys for rare-earth-free permanent magnets
Liu et al. High energy products in rapidly annealed nanoscale Fe/Pt multilayers
CA2531373C (en) Magnetic laminated structure and method of making
JP6210401B2 (en) High electrical resistance ferromagnetic thin film
Wang et al. High coercivity in mechanically alloyed BaFe10Al2O19
JP6618298B2 (en) Ultra-high frequency ferromagnetic thin film and manufacturing method thereof
Zha et al. Nanostructured MnGa films on Si/SiO2 with 20.5 kOe room temperature coercivity
Sellmyer et al. Novel structures and physics of nanomagnets
Wang et al. Magnetostriction, Soft Magnetism, and Microwave Properties in Co− Fe− C Alloy Films
Kodama et al. Synthesis and characterization of magnetic nanocomposite films
Cronin et al. Soft magnetic nanocomposite CoZrTaB–SiO2 thin films for high-frequency applications
Ohnuma et al. Metal–insulator type nano-granular soft magnetic thin films investigations on mechanism and applications
Akdogan et al. High coercivity of Alnico thin films: effect of Si substrate and the emergence of a novel magnetic phase
Chen et al. Effect of interfacial diffusion on microstructure and magnetic properties of Cu∕ FePt bilayer thin films
Kimura et al. Tunneling magnetodielectric effect in Co–Al2O3 granular films
JP3989799B2 (en) Electromagnetic noise absorber
JP7181064B2 (en) FERROMAGNETIC LAMINATED FILM AND MANUFACTURING METHOD THEREOF AND ELECTROMAGNETIC INDUCTIVE ELECTRONIC COMPONENTS
Naoe et al. Ultra-high resistive and anisotropic CoPd–CaF2 nanogranular soft magnetic films prepared by tandem-sputtering deposition
JP7133392B2 (en) Ferromagnetic laminated film, method for producing ferromagnetic laminated film, and electromagnetic induction electronic component
JP3956061B2 (en) Uniaxial magnetic anisotropic film
García‐Gallegos et al. Magnetic properties of SrFe12O19 covered with copper by electrodeposition and sputtering
JP2017011086A (en) R-t-b-based permanent magnet thin film
Naoe et al. Control of In-Plane Uniaxial Anisotropy of CoPd-CaF $ _ {2} $ Nanogranular Films by Tandem-Sputtering Deposition

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20180516

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20190218

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190319

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190517

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20191029

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20191112

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6618298

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250