JP2020031084A - Ferromagnetic laminated film, manufacturing method of the ferromagnetic laminated film, and electromagnetic induction electronic component - Google Patents

Ferromagnetic laminated film, manufacturing method of the ferromagnetic laminated film, and electromagnetic induction electronic component Download PDF

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Abstract

To provide a ferromagnetic thin film or the like capable of enhancing an effect such as a high magnetic permeability or the like, achieved by a ferromagnetic thin film having a nano granular structure.SOLUTION: A ferromagnetic laminated film includes a structure in which a plurality of ferromagnetic layers 11 and 12 and an insulation layer 21 are laminated so that the insulation layer 21 is nipped between the ferromagnetic layers 11 and 12 which are opposite. Each of the ferromagnetic layers 11 and 12 has a composition expressed by a general formula: LMF, and a nano granular structure in which a magnetic particle of 1 to 20 nm in a mean diameter, expressed by L is formed by M fluorine, and which is uniformly distributed in an insulation matrix. L is one or more kind elements selected from Fe, Co, and Ni (however, a single Ni is excluded). M is one or more kind elements selected from Li, Mg, Al, Ca, Sr, Ba, Gd, and Y. F if fluoride, and satisfies the following equations: 0.03≤a≤0.07, 0.06≤b≤0.18, and 0.10≤a+b≤0.24. The insulation layer includes the composition expressed by a general formula: MF(1≤c≤2, and 1≤d≤3).SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、強磁性層が中間に絶縁層を挟むように積層された構造を有する強磁性積層膜に関し、その特性が一層あたりの磁性層の厚みを変化させるだけで制御できることを特徴とする。   The present invention relates to a ferromagnetic laminated film having a structure in which a ferromagnetic layer is laminated with an insulating layer interposed therebetween, wherein the characteristics can be controlled only by changing the thickness of one magnetic layer.

第5世代移動体通信がSHF帯(3〜30GHz)を用いるにあたり、それに適したインダクタ用材料やノイズ抑制材料が産業界で求められている。例えば、大面積膜の高周波でのノイズ抑制効果は、渦電流損失が支配的であると言われているが、空気の透磁率以上の透磁率μを有する磁性膜の、周波数fの電磁波の表皮深さdは、当該磁性膜の比抵抗ρを用いて関係式(1)により表わされる。関係式(1)から明らかなように、比透磁率μが高くなるほど表皮深さdは小さくなる。   As the fifth generation mobile communication uses the SHF band (3 to 30 GHz), there is a need in the industry for inductor materials and noise suppression materials suitable for the use. For example, it is said that the eddy current loss is dominant in the noise suppression effect at high frequencies of a large-area film, but the magnetic film having a magnetic permeability μ equal to or greater than the magnetic permeability of air has a skin of an electromagnetic wave of frequency f. The depth d is expressed by the relational expression (1) using the specific resistance ρ of the magnetic film. As is clear from the relational expression (1), the skin depth d decreases as the relative permeability μ increases.

d=(ρ/πfμ)1/2 ‥(1)。 d = (ρ / πfμ) 1/2 ‥ (1).

厚さtを有する磁性膜に磁束密度Bの磁界が印加された際の渦電流損失Peは関係式(2)により表わされる。磁性膜の比抵抗ρは、通常は金属膜より高いが、関係式(2)から明らかなように、比抵抗ρが大きくなるほど、渦電流損失Peは小さくなる。 Eddy current loss P e when the magnetic field of flux density B is applied to the magnetic film having a thickness t is represented by equation (2). The specific resistance ρ of the magnetic film, is usually higher than the metal film, as is clear from equation (2), the larger the specific resistance ρ is, eddy current loss P e becomes smaller.

e=(πtfB)2/6ρ ‥(2)。 P e = (πtfB) 2 / 6ρ ‥ (2).

表皮深さdと渦電流損失Pには、比抵抗ρに関してトレードオフの関係があるが、いずれも周波数fが高くなると、dは薄く、Pは大きくなり、損失としては厳しい条件となる。さらには、膜厚tが表皮深さdを超える場合、渦電流損失Peの影響が顕著になる。インダクタ用に低損失に用いるためには、tはdの3分の1以下が理想とされている。一方、電気的なノイズ抑制効果には、透磁率μによる磁性損失の効果も加わる。このため、比抵抗ρが金属より高いが、透磁率μが高い磁性膜の渦電流損失によるノイズ抑制効果は、一般的には金属よりも高く、周波数選択性があるとされる。 The skin depth d and the eddy current loss P e, is a trade-off with respect to the specific resistance [rho, if both the frequency f becomes higher, d is thin, P e increases, the harsh conditions as a loss . Furthermore, if the thickness t is more than the skin depth d, the influence of the eddy current loss P e becomes remarkable. In order to use the inductor for low loss, it is ideal that t is one third or less of d. On the other hand, the effect of magnetic loss due to the magnetic permeability μ is added to the electrical noise suppression effect. For this reason, the noise suppression effect due to the eddy current loss of a magnetic film having a higher specific resistance ρ than that of a metal but having a high magnetic permeability μ is generally higher than that of a metal, and has frequency selectivity.

渦電流損失も磁性損失も、複素透磁率μ(=μ’−jμ”)の周波数特性に依存する。ここで、膜面内に一軸異方性があり、その磁化困難方向の高周波透磁率の計算結果が図15Aおよび図15Bに示されている。図15Aに示されている計算結果によれば、異方性の分散が小さく、複素透磁率の虚部(損失)μ”(破線)が最大となる磁気共鳴周波数を中心に急峻に立ち上がっている。図15Bに示されている計算結果によれば、異方性の分散が大きく、複素透磁率の虚部μ”が最大となる磁気共鳴周波数を中心になだらかに変化している。複素透磁率の実部μ’(実線)を用いたインダクタなどの電磁誘導部品、特定周波数のノイズを吸収するためのフィルタは、いずれも透磁率虚部μ”の立ち上がりが鋭く、対象外の周波数帯での損失が高くないほうがよい。   Both the eddy current loss and the magnetic loss depend on the frequency characteristic of the complex magnetic permeability μ (= μ′−jμ ″). Here, there is uniaxial anisotropy in the film plane, and the high-frequency magnetic permeability in the hard magnetization direction is high. The calculation results are shown in Fig. 15A and Fig. 15B.According to the calculation results shown in Fig. 15A, the variance of the anisotropy is small, and the imaginary part (loss) of the complex permeability μ "(broken line) is reduced. It rises sharply around the maximum magnetic resonance frequency. According to the calculation result shown in FIG. 15B, the dispersion of the anisotropy is large, and the imaginary part μ ″ of the complex magnetic permeability changes gently around the magnetic resonance frequency at which it becomes the maximum. The electromagnetic induction components such as inductors using the real part μ '(solid line) and filters for absorbing noise at a specific frequency all have a sharp rise in the imaginary part μ ”of magnetic permeability, and loss in frequency bands outside the target range. Should not be high.

ノイズ抑制材料には、磁束が磁性体を通じて過度に遠くまで伝搬しないよう、透磁率μが過度に高くないこと、比抵抗ρが過度に高いまたは低くないこと、および、磁気共鳴周波数が高いほど効果が高周波数帯域で起きる、という特徴がある(例えば、特許文献1参照)。デバイスのインピーダンスZの内、損失になる交流抵抗R(Z=R+jX)は磁率の虚数項μ”(μ=μ’−jμ”)に、関係式(3)のように関係することにも因る。Sはデバイスの磁路断面積、Nはコイルの巻き数に相当、lはデバイスの磁路長である。
R=μ”SN/l‥(3)。
For noise suppression materials, the effect is that the magnetic permeability μ is not excessively high, the specific resistance ρ is not excessively low or low, and the magnetic resonance frequency is high, so that the magnetic flux does not propagate too far through the magnetic material. Occurs in a high frequency band (for example, see Patent Document 1). Of the impedance Z of the device, the AC resistance R (Z = R + jX) which becomes a loss is related to the imaginary term μ ″ (μ = μ′−jμ ″) of the magnetic susceptibility as in the relational expression (3). You. S is the cross-sectional area of the magnetic path of the device, N is the number of turns of the coil, and l is the magnetic path length of the device.
R = μ ″ SN / l ‥ (3).

特開2017−041599号公報JP 2017-041599 A

図2には、基板Sの上にタンデム法(後述する)により成膜された、(Co0.69Pd0.3152(Ca0.330.6748の組成を有するナノグラニュラー薄膜10の断面STEM(走査型透過電子顕微鏡)観察画像が示されている。基板Sとの界面付近の初期層(基板からの距離が、例えば100 nm以内にある層)のナノ構造(図2の枠R1内の拡大画像(右下段)参照)と、初期層よりも基板Sから離間している主層のナノ構造とは相違している(図2の枠R2内の拡大画像(右上段)参照)。 FIG. 2 shows a cross-sectional STEM (scanning transmission type) of a nanogranular thin film 10 having a composition of (Co 0.69 Pd 0.31 ) 52 (Ca 0.33 F 0.67 ) 48 formed on the substrate S by a tandem method (described later). An electron microscope) observation image is shown. The nanostructure of the initial layer near the interface with the substrate S (the layer whose distance from the substrate is within, for example, 100 nm) (see an enlarged image (lower right section in frame R1 in FIG. 2) in FIG. This is different from the nanostructure of the main layer separated from S (see an enlarged image (upper right section) in a frame R2 in FIG. 2).

膜組成において磁性粒子(L)が増え、強磁性になってくる領域では、グラニュールの形状は、球から回転楕円体状に変化してくる。この長手方向が結晶学的な磁化容易方向に相当する。主層においては、グラニュールの長手方向が膜厚方向から膜面内方向に傾き、さらに結晶配向が見られる(グラニュールが傾く方向が偏っている)ことから、従来の静止対向スパッタで成膜されたナノグラニュラー構造を有する強磁性膜(以下「従来膜」という。)よりも面内一軸異方性が得られやすくなり、損失が少なくなることで異方性磁界が大きくなり、高周波帯域における特性の向上が図られる。   In a region where the magnetic particles (L) increase in the film composition and become ferromagnetic, the shape of the granule changes from a sphere to a spheroid. This longitudinal direction corresponds to a crystallographic easy magnetization direction. In the main layer, the longitudinal direction of the granules is inclined from the film thickness direction to the in-plane direction of the film, and the crystal orientation is observed (the direction in which the granules are inclined is deviated). In-plane uniaxial anisotropy is more likely to be obtained than in a ferromagnetic film having a nano-granular structure (hereinafter, referred to as a “conventional film”). Is improved.

初期層においては、グラニュールの長手方向が膜厚方向に向いており、従来膜の構造に類似しているため、従来膜と同様に、(1)軟磁性がよい(保磁力は低い傾向)、(2)異方性磁界が低く、磁界中成膜でなければそれは付与されにくい、という特徴を有すると考えられる。   In the initial layer, the longitudinal direction of the granules is oriented in the film thickness direction and is similar to the structure of the conventional film. Therefore, like the conventional film, (1) good soft magnetism (coercive force tends to be low). (2) It is considered to have a characteristic that the anisotropic magnetic field is low and it is hard to be applied unless the film is formed in a magnetic field.

よって、膜厚を薄くすれば初期層の影響が大きくなり、かつ、そもそもナノグラニュラー薄膜は比抵抗が高いために、実用的な膜厚の範囲では、厚くても渦電流損失の影響を受けていないので、 (1)高透磁率化(渦電流損失の劣化回復ではない) 、(2)低周波化(渦電流損失の劣化回復ではない) 、(3)低保磁力化(金属磁性膜と同じ効果)、(4)異方性分散低減(金属磁性膜と同じ効果) 、というように、一部、均質な金属磁性薄膜とは異なる効果が得られると考えられる。   Therefore, if the film thickness is reduced, the influence of the initial layer becomes large, and the nanogranular thin film has a high specific resistance in the first place. Therefore, (1) high permeability (not recovery of eddy current loss), (2) low frequency (not recovery of eddy current loss), (3) low coercive force (same as metal magnetic film) Effects) and (4) Reduction of anisotropic dispersion (the same effects as the metal magnetic film) are considered to provide some effects different from those of a homogeneous metal magnetic thin film.

そこで、ナノグラニュラー構造を有する強磁性薄膜が奏する高透磁率化等の効果の増進を図りうる強磁性薄膜等を提供することを目的とする。   Therefore, it is an object of the present invention to provide a ferromagnetic thin film or the like that can enhance the effect of increasing the magnetic permeability and the like provided by a ferromagnetic thin film having a nanogranular structure.

本発明の強磁性積層膜は、対をなす強磁性層の間に絶縁層が挟まれるように複数の前記強磁性層および少なくとも1つの前記絶縁層が積層されている構造を有する強磁性積層膜であって、前記強磁性層が、一般式L1-a-bab(L: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)、または、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およびPtから選択される1種以上の貴金属元素との合金(当該合金における貴金属元素の原子比率は0.50以下である。)、M: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、F:フッ素、0.03≦a≦0.07、0.06≦b≦0.18、0.10≦a+b≦0.24)により表わされる組成を有し、かつ、Lで表わされる平均粒径1〜20nmの磁性粒子がMのフッ化物からなる絶縁性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し、前記絶縁層が、一般式Mcd(1≦c≦2、1≦d≦3)により表わされる組成を有していることを特徴とする。 The ferromagnetic laminated film of the present invention has a structure in which a plurality of the ferromagnetic layers and at least one of the insulating layers are laminated such that an insulating layer is sandwiched between a pair of ferromagnetic layers. Wherein the ferromagnetic layer is composed of a general formula L 1 -abM a F b (L: one or more elements selected from Fe, Co and Ni (excluding Ni alone), or Fe, Alloy of one or more ferromagnetic elements selected from Co and Ni and one or more noble metal elements selected from Pd and Pt (the atomic ratio of the noble metal element in the alloy is 0.50 or less) , M: one or more elements selected from Li, Mg, Al, Ca, Sr, Ba, Gd and Y, F: fluorine, 0.03 ≦ a ≦ 0.07, 0.06 ≦ b ≦ 0. 18, having a composition represented by 0.10 ≦ a + b ≦ 0.24) And has a nano granular structure in which magnetic particles having an average particle diameter 1~20nm are uniformly distributed in the insulating matrix comprising a fluoride of M represented by L, the insulating layer has the general formula M c F d (1 ≦ c ≦ 2, 1 ≦ d ≦ 3).

本発明の強磁性積層膜の製造方法は、前記強磁性層を作製する工程と、前記絶縁層を作製する工程と、を含み、前記強磁性層を作製する工程は、Fe、NiおよびCoから選択される1種以上の元素(但しNiの単独は除く)であるLからなる、あるいは、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およびPtから選択される1種以上の貴金属元素と、を含む第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のフッ化物からなる第2カソードのそれぞれに対する供給電力を独立に制御することにより、前記第1カソードおよび前記第2カソードのそれぞれからスパッタ粒子を発生させる工程と、アノードを回転させることにより、前記アノードに支持された基板を、前記第1カソードおよび前記第2カソードのそれぞれから発せられるスパッタ粒子が入射する位置に周期的に通過させる工程と、を含み、前記絶縁層を作製する工程は、前記第2カソードに対する供給電力を制御することにより、前記第2カソードからスパッタ粒子を発生させる工程と、前記アノードの回転角度を制御することにより、前記基板を、前記第2カソードから発せられるスパッタ粒子が入射する位置に配置させる工程と、を含むことを特徴とする。   The method for manufacturing a ferromagnetic laminated film according to the present invention includes a step of forming the ferromagnetic layer and a step of forming the insulating layer. One or more ferromagnetic elements selected from L, which is one or more selected elements (excluding Ni alone), or one or more ferromagnetic elements selected from Fe, Co and Ni, and one selected from Pd and Pt And a second cathode comprising a fluoride of M, which is at least one element selected from Li, Mg, Al, Ca, Sr, Ba, Gd and Y. The step of generating sputtered particles from each of the first cathode and the second cathode by independently controlling the power supply to each of them, and the step of supporting the anode by rotating the anode Periodically passing the substrate to a position where sputtered particles emitted from each of the first cathode and the second cathode are incident, wherein the step of forming the insulating layer comprises: Generating a sputter particle from the second cathode by controlling the power supplied to the substrate; and controlling the rotation angle of the anode to allow the substrate to enter the position where the sputter particle emitted from the second cathode is incident. And a step of arranging them at the same position.

本発明の強磁性積層膜によれば、ナノグラニュラー構造を有する強磁性層の厚さが初期層(グラニュールの長手方向が膜厚方向に向いている層)の影響が大きくなるように調節されることにより、(1)高透磁率化(渦電流損失の劣化回復ではない) 、(2)低周波化(渦電流損失の劣化回復ではない) 、(3)低保磁力化(金属磁性膜と同じ効果)、(4)異方性分散低減(金属磁性膜と同じ効果) 、というように、一部、均質な金属磁性薄膜とは異なる効果が得られると考えられる。   According to the ferromagnetic laminated film of the present invention, the thickness of the ferromagnetic layer having a nanogranular structure is adjusted so that the influence of the initial layer (the layer in which the longitudinal direction of the granules is oriented in the film thickness direction) becomes large. Therefore, (1) high magnetic permeability (not recovery from eddy current loss deterioration), (2) low frequency (not recovery from eddy current loss deterioration), (3) low coercive force (with metal magnetic film) It is considered that some effects different from a homogeneous metal magnetic thin film, such as (4) reduction of anisotropic dispersion (the same effect as a metal magnetic film), can be obtained.

本発明の一実施形態としての強磁性積層膜の構成説明図。FIG. 1 is a configuration explanatory view of a ferromagnetic laminated film as one embodiment of the present invention. 強磁性積層膜を構成する強磁性層のナノ構造に関する説明図。FIG. 3 is an explanatory diagram relating to a nanostructure of a ferromagnetic layer included in the ferromagnetic laminated film. 本発明の一実施形態としての強磁性積層膜の製造方法に関する説明図。FIG. 4 is an explanatory diagram relating to a method for manufacturing a ferromagnetic laminated film as one embodiment of the present invention. 強磁性積層膜の面内静磁化曲線(磁化容易方向のみ)に関する説明図。FIG. 4 is an explanatory diagram relating to an in-plane static magnetization curve (only the direction of easy magnetization) of the ferromagnetic laminated film. 図5Aは、目標膜厚で積層膜になっていることを示す透過電顕観察結果に関する説明図。図5Bは、図5Aで中間絶縁層の膜厚を測定した結果に関する説明図。FIG. 5A is an explanatory diagram relating to a transmission electron microscope observation result showing that a multilayer film is formed at a target film thickness. FIG. 5B is an explanatory diagram relating to the result of measuring the thickness of the intermediate insulating layer in FIG. 5A. 強磁性積層膜の複素透磁率(虚部)の周波数依存性に関する説明図Illustration of frequency dependence of complex magnetic permeability (imaginary part) of ferromagnetic laminated film 強磁性積層膜の見かけのギルバートダンピング係数の膜厚依存性に関する説明図。FIG. 4 is an explanatory diagram relating to a film thickness dependency of an apparent Gilbert damping coefficient of a ferromagnetic laminated film. 強磁性積層膜の異方性磁界の膜厚依存性に関する説明図。FIG. 4 is an explanatory diagram relating to the film thickness dependence of the anisotropic magnetic field of the ferromagnetic laminated film. 強磁性積層膜の保磁力の膜厚依存性に関する説明図。FIG. 4 is an explanatory diagram relating to the film thickness dependence of the coercive force of the ferromagnetic laminated film. 図10Aは、積層膜においても図2の構造が得られている透過電顕結果に関する説明図。図10Bは、図10Aの評価箇所の拡大図。FIG. 10A is an explanatory diagram regarding a transmission electron microscope result in which the structure in FIG. 2 is obtained even in a laminated film. FIG. 10B is an enlarged view of an evaluation point in FIG. 10A. 強磁性積層膜の伝導ノイズ抑制(Ploss/Pin)に関する説明図。FIG. 4 is an explanatory diagram relating to conduction noise suppression (P loss / P in ) of the ferromagnetic laminated film. 強磁性積層膜の近端クロストーク(S31)に関する説明図。FIG. 4 is an explanatory diagram relating to near-end crosstalk (S 31 ) of a ferromagnetic laminated film. 強磁性積層膜の遠端クロストーク(S41)に関する説明図。Explanatory drawing about the far end crosstalk ( S41 ) of a ferromagnetic laminated film. loss/Pinについて、本発明の磁性積層膜と常磁性金属膜の比較に関する説明図。FIG. 4 is an explanatory diagram regarding P loss / P in regarding a comparison between the magnetic laminated film of the present invention and a paramagnetic metal film. 図15Aは、膜面内に一軸異方性があり、その磁化困難方向の高周波透磁率の計算結果(異方性分散が小さい場合)。図15Bは、膜面内に一軸異方性があり、その磁化困難方向の高周波透磁率の計算結果(異方性分散が大きい場合)。FIG. 15A shows a calculation result of a high-frequency magnetic permeability in a direction in which magnetization is difficult in a case where uniaxial anisotropy is present in the film plane (in the case where anisotropic dispersion is small). FIG. 15B shows a calculation result of a high-frequency magnetic permeability in a direction in which magnetization is difficult when there is uniaxial anisotropy in a film plane (when anisotropic dispersion is large).

(強磁性積層膜の構造)
図1に示されている本発明の一実施形態としての強磁性積層膜は、第1の強磁性層11および第2の強磁性層12が、中間に絶縁層21を挟むように積層された3層構造を有している。第nの強磁性層(n≧2)および第(n+1)の強磁性層が、中間に絶縁層を挟むように積層されることにより、(2n+1)層構造を有する強磁性積層膜が構成されてもよい。
(Structure of ferromagnetic laminated film)
In the ferromagnetic laminated film as one embodiment of the present invention shown in FIG. 1, a first ferromagnetic layer 11 and a second ferromagnetic layer 12 are laminated with an insulating layer 21 interposed therebetween. It has a three-layer structure. The n-th ferromagnetic layer (n ≧ 2) and the (n + 1) -th ferromagnetic layer are laminated so as to sandwich an insulating layer therebetween, thereby forming a ferromagnetic laminated film having a (2n + 1) -layer structure. You may.

強磁性層11、12は、一般式L1-a-babにより表わされる組成を有している。「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)、または、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およびPtから選択される1種以上の貴金属元素との合金(当該合金における貴金属元素の原子比率は0.50以下である。)である。「M」は、Li、Mg、Al、Ca、Sr、Ba、GdおよびYから選択される1種以上の元素である。「F」はフッ素である。原子比率aおよびbは、0.03≦a≦0.07、0.06≦b≦0.18、かつ、0.10≦a+b≦0.24である。 The ferromagnetic layers 11 and 12 have a composition represented by the general formula L 1-ab M a F b . “L” is one or more elements selected from Fe, Co and Ni (excluding Ni alone), or one or more ferromagnetic elements selected from Fe, Co and Ni, and Pd and An alloy with one or more noble metal elements selected from Pt (the atomic ratio of the noble metal element in the alloy is 0.50 or less). “M” is one or more elements selected from Li, Mg, Al, Ca, Sr, Ba, Gd and Y. "F" is fluorine. The atomic ratios a and b are 0.03 ≦ a ≦ 0.07, 0.06 ≦ b ≦ 0.18, and 0.10 ≦ a + b ≦ 0.24.

強磁性層11、12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などが用いられる。aが0.03より小さい場合および/またはbが0.06より小さい場合、強磁性層11、12の比抵抗ρが過度に小さく(例えば、1.0×102μΩ・cm以下に)なる。aが0.07より大きい場合および/またはbが0.18より大きい場合、強磁性層11、12の飽和磁化および異方性磁界が共に低下し、1000nm程度の単層膜で、GHz帯域(例えば7GHz以上)の強磁性共鳴周波数を得ることが困難となる。 Of the components L of the ferromagnetic layers 11 and 12, Ni has a low saturation magnetization, and therefore these metals alone are excluded from L. Therefore, as L, Co alone, Fe alone, Co-Fe, Co-Ni, Co-Ni-Fe or the like is used. When a is smaller than 0.03 and / or b is smaller than 0.06, the specific resistance ρ of the ferromagnetic layers 11 and 12 becomes excessively small (for example, 1.0 × 10 2 μΩ · cm or less). . When a is greater than 0.07 and / or b is greater than 0.18, both the saturation magnetization and the anisotropic magnetic field of the ferromagnetic layers 11 and 12 are reduced, and a single-layer film of about 1000 nm has a GHz band ( It becomes difficult to obtain a ferromagnetic resonance frequency of, for example, 7 GHz or more.

具体的には、L−M−Fにおいて、MとFとの合計原子比率(a+b)が0.25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、比抵抗は大きくなる(例えば、1×103μΩ・cm以上に達する)が、グラニュールの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する。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0.60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)。「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、可能な範囲で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。 Specifically, in LMF, when the total atomic ratio (a + b) of M and F is 0.25 or more, the contact of the granules made of metal L decreases, and the specific resistance increases ( For example, it reaches 1 × 10 3 μΩ · cm or more), but the magnetic coupling between the granules is reduced, and the long-range permeability of the magnetocrystalline anisotropy is reduced, so that the anisotropic magnetic field is also reduced. The magnetization is simply diluted by a decrease in the space occupancy of the magnetic material. Further, in a composition region in which the total atomic ratio of M and F exceeds 0.60, the distance between the granules made of the metal L becomes large, so that the magnetically coupled granules almost disappear, and the ferromagnetic property of the film is reduced. Is lost (superparamagnetism). "Ferromagnetic" does not include "superparamagnetism", meaning that the granular density of the nanogranular film has decreased and it is no longer ferromagnetic, and magnetic metal granules are densely packed as much as possible Need to be done.

よって、強磁性層11、12において、MとFとの合計の原子比率(a+b)が0.24以下、言い換えればLの原子比率(1−(a+b))が0.76以上の組成範囲において、特に異方性磁界と飽和磁化が高くなる。しかし、Lの原子比率が0.90を超え、あるいはMとFとの合計原子比率が0.10になると、強磁性層11、12の磁気特性は向上するものの、比抵抗が著しく低下し(例えば、1.0×102μΩ・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。磁化が小さい場合(例えば、3.5kGより小さい場合)に異方性磁界のみが高くなると、静的透磁率が3を下回り、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、磁化が大きすぎる場合(例えば、21.5kGを超える場合)、強磁性層11、12の比抵抗ρが低くなる(例えば、1.0×102μΩ・cmを下回る)。 Therefore, in the ferromagnetic layers 11 and 12, in the composition range where the total atomic ratio (a + b) of M and F is 0.24 or less, in other words, the atomic ratio of L (1- (a + b)) is 0.76 or more. In particular, the anisotropic magnetic field and the saturation magnetization increase. However, when the atomic ratio of L exceeds 0.90 or the total atomic ratio of M and F becomes 0.10, the magnetic properties of the ferromagnetic layers 11 and 12 are improved, but the specific resistance is significantly reduced ( For example, it is less than 1.0 × 10 2 μΩ · cm), and there is no difference from the conventional metal material in terms of eddy current loss. When the magnetization is small (for example, smaller than 3.5 kG), when only the anisotropic magnetic field is increased, the static magnetic permeability is lower than 3, and it is difficult to distinguish the air from the air in device application. When the magnetization is too large (for example, when it exceeds 21.5 kG), the specific resistance ρ of the ferromagnetic layers 11 and 12 becomes low (for example, below 1.0 × 10 2 μΩ · cm).

強磁性層11、12は、Lで表わされる平均粒径1〜20nmの磁性粒子(グラニュール)がMのフッ化物からなる絶縁性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している。グラニュールの間隔が交換相互作用を生ずる程度に近い、または、接触していることが必要とされる。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。グラニュールの間隔が1 nm程度より狭い場合、グラニュール間の磁気的な相互作用、および、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1nm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 ferromagnetic layers 11 and 12 have a nano-granular structure in which magnetic particles (granules) having an average particle diameter of 1 to 20 nm represented by L are uniformly distributed in an insulating matrix made of M fluoride. It is required that the granules be close to or in contact with each other to cause exchange interactions. When the granules come into contact with each other, they are also magnetically coupled, but the relatively large proportion of the granules come into direct contact, so that the specific resistance is greatly reduced. Therefore, it is necessary that a current path that macroscopically passes through the nanogranular film is electrically separated to some extent by the insulator. When the distance between the granules is smaller than about 1 nm, both the magnetic interaction between the granules and the tunneling of electrons through the insulator due to quantum effects occur simultaneously. The specific resistance of a substance exhibiting electrical conduction by tunnel conduction is higher than that of metal conduction. However, since the insulating properties inherent to the insulator are significantly impaired, it is important to select a material having particularly excellent intrinsic insulating properties. The fluoride insulator achieves a high specific resistance in order to limit the current path even under conditions of tunnel conduction at a distance of about 1 nm or less that causes magnetic coupling or metal conduction by contact for the reason described below. be able to.

グラニュール同士が磁気的に結合するためには、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高くする必要があるため、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、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。   In order for the granules to be magnetically coupled to each other, it is necessary to increase the total volume of the granules, in other words, the packing density of the granules, so that the amount of metal in the thin film increases. In this case, the ferromagnetism increases, and a high ferromagnetic resonance frequency can be achieved, but the specific resistance decreases because the amount of the insulator relatively decreases. In order to prevent the decrease in the specific resistance from being lower than that of the conventional metal-based material, it can be solved by using a fluoride insulator to be discussed below as a matrix material of granules.

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。しかし、ナノグラニュラー材料は、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。   In a mechanism (random anisotropy) in which the nanostructured magnetic material causes an effective decrease in crystal magnetic anisotropy to generate soft magnetism (random anisotropy), anisotropic magnetic field decreases while exhibiting soft magnetism. However, a nanogranular material can have a certain crystal orientation unlike a general nanostructured soft magnetic material. That is, it is effective to use a magnetic metal having high crystal magnetic anisotropy for the granules.

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、Al23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(CaF2:12.1eV、MgF2:11.8eV、Al23:9eV、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。 Nano-granular structures containing fluoride crystals have 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 values of a single crystal), which means that the specific resistance increases. A feature of the nano-granular structure film using a fluoride is that the fluoride forms a crystal structure, unlike the case where a nitride or an oxide is used. The fact that the material has a crystalline structure means that the composition is stable near the stoichiometric composition, and unlike a material having an amorphous structure, the band gap does not decrease. Since the mixing of the fluoride is suppressed, it is possible to achieve a higher electric resistance in a very high level as compared with the related art. In addition, if 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 a conventional nanogranular ferromagnetic film.

Coは、単体でも106erg/cm3台と、結晶磁気異方性定数が高い材料である。FeおよびNiも、Coよりは弱いものの105erg/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および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107erg/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。 Co is a material having a high crystal magnetic anisotropy constant of the order of 10 6 erg / cm 3 even when used alone. Fe and Ni also have a crystal anisotropy of the order of 10 5 erg / cm 3, though weaker than Co. However, it is a well-known fact that when Fe or Ni is dissolved in Co as a solid solution, the anisotropy does not simply weaken, but rather increases. It is also known that when Pt and Pd, which are noble metals, are solid-dissolved in the magnetic metal, an anisotropy of the order of 10 7 erg / cm 3 , which is dramatically increased, can be obtained. As described above, by selecting a metal composition of a highly anisotropic granule, the anisotropic magnetic field of a nanogranular film having a crystal orientation can be increased.

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ことができる。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、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。   By making the magnetic metal granules an alloy containing a precious metal of Pd or Pt which is extremely chemically stable, the anti-fluorination property of the magnetic metal granules can be enhanced and the phase separation from the fluoride matrix can be promoted. . When the element L constituting the magnetic metal granule is combined with F, the saturation magnetization of the film is reduced, but Pd and Pt have the effect of minimizing this. Further, since Pd and Pt have the effect of significantly increasing the anisotropic magnetic field, Ni alone can be used. However, since Pd and Pt are non-magnetic 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. Is not preferable because high performance exceeding 7 GHz cannot be maintained and the magnetostriction constant also increases significantly.

第1の強磁性層11の厚さt11および第1の強磁性層12の厚さt12のそれぞれは10〜2000nmの範囲、さらに好ましくは10〜1000nmの範囲に含まれるように設計されている。第1の強磁性層11の厚さt11および第1の強磁性層12の厚さt12は同一になるように設計されていてもよいが、相違するように設計されていてもよい。強磁性層11、12の厚さが前述の初期層と同程度に設計されることにより、初期層と同様のナノ構造(図2の枠R1内の拡大画像(右下段)参照)を有する部分の影響が(主層のナノ構造(図2の枠R2内の拡大画像(右上段)参照)よりも)大きくなる。 Each of the thickness t 11 of the first ferromagnetic layer 11 and the thickness t 12 of the first ferromagnetic layer 12 is designed to be in the range of 10 to 2000 nm, more preferably 10 to 1000 nm. I have. The thickness t 11 of the first ferromagnetic layer 11 and the thickness t 12 of the first ferromagnetic layer 12 may be designed to be the same, or may be designed to be different. Since the thickness of the ferromagnetic layers 11 and 12 is designed to be substantially the same as that of the above-described initial layer, a portion having the same nanostructure as the initial layer (see an enlarged image in the frame R1 in FIG. 2 (lower right section)). (Larger than the nanostructure of the main layer (see the enlarged image in the frame R2 in FIG. 2 (upper right))).

絶縁層21は、一般式Mcd(1≦c≦2、1≦d≦3)により表わされる組成を有している。絶縁層21の厚さt21は、2〜50 nmの範囲に含まれるように設計されている。これは、絶縁層21が破れることなく、第1強磁性層11および第2強磁性層12を、絶縁層21を介して厚さ方向には交換結合させず、強磁性層11および12のそれぞれの端部において結合させるためである。 The insulating layer 21 has a composition represented by a general formula M c F d (1 ≦ c ≦ 2, 1 ≦ d ≦ 3). The thickness t 21 of the insulating layer 21 is designed to be within the scope of 2 to 50 nm. This is because the first ferromagnetic layer 11 and the second ferromagnetic layer 12 are not exchange-coupled in the thickness direction via the insulating layer 21 without the insulating layer 21 being broken. This is for joining at the end of the.

(強磁性積層膜の製造方法)
本発明の一実施形態としての強磁性積層膜(図1参照)の製造方法は、(1)第1の強磁性層11を作製する工程と、(2)絶縁層21を作製する工程と、(3)第2の強磁性層12を作製する工程と、を含んでいる。
(Method of manufacturing ferromagnetic laminated film)
The method for manufacturing a ferromagnetic laminated film (see FIG. 1) as one embodiment of the present invention includes: (1) a step of forming a first ferromagnetic layer 11; (2) a step of forming an insulating layer 21; (3) a step of producing the second ferromagnetic layer 12.

(1)第1の強磁性層11を作製する工程は、(1−1)チャンバ40に配置された第1カソード41および第2カソード42のそれぞれに対する供給電力を独立に制御することにより、第1カソード41および第2カソード42のそれぞれからスパッタ粒子を発生させる工程と、(1−2)アノード44を回転させることにより、アノード44に支持された基板Sを、第1カソード41および第2カソード42のそれぞれから発せられるスパッタ粒子が入射する位置に周期的に通過させる工程と、を含んでいる。   (1) The step of fabricating the first ferromagnetic layer 11 includes the following steps: (1-1) independently controlling power supplied to each of the first cathode 41 and the second cathode 42 disposed in the chamber 40; A step of generating sputtered particles from each of the first cathode 41 and the second cathode 42, and (1-2) rotating the anode 44 so that the substrate S supported by the anode 44 is separated from the first cathode 41 and the second cathode 42. And periodically passing the sputtered particles emitted from each of them to a position where they are incident.

基板Sとしては、例えば約0.2mm厚のショット社製D263(ショット社の商品名)ガラス、約0.3mm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、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とサファイアなどが用いられる。   As the substrate S, for example, D263 (trade name of Shot) glass manufactured by Shot Corporation having a thickness of about 0.2 mm, Eagle XG (trade name of Corning Corporation) glass of about 0.3 mm thickness, and 0.5 mm thickness An Si wafer whose surface is thermally oxidized, quartz glass having a thickness of 0.5 mm, or similarly, MgO and sapphire having a thickness of about 0.5 mm are used.

(3)第2の強磁性層12を作製する工程は、前記工程(1−1)および前記工程(1−2)のそれぞれと同様の工程(3−1)および(3−2)を含んでいる。   (3) The step of forming the second ferromagnetic layer 12 includes the same steps (3-1) and (3-2) as the steps (1-1) and (1-2), respectively. In.

第1カソード41は、Fe、NiおよびCoから選択される1種以上の元素(但しNiの単独は除く)であるLからなる。そのほか、第1カソード41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およびPtから選択される1種以上の貴金属元素と、を含んでいてもよい。第2カソード42は、Li、Mg、Al、Ca、Sr、Ba、GdおよびYから選択される1種以上の元素であるMのフッ化物からなる。   The first cathode 41 is made of L, which is one or more elements selected from Fe, Ni and Co (excluding Ni alone). In addition, the first cathode 41 may include one or more ferromagnetic elements selected from Fe, Co, and Ni, and one or more noble metal elements selected from Pd and Pt. The second cathode 42 is made of a fluoride of M, which is one or more elements selected from Li, Mg, Al, Ca, Sr, Ba, Gd and Y.

(2)絶縁層を作製する工程は、(2−1)第2カソード42に対する供給電力を制御することにより、第2カソード42からスパッタ粒子を発生させる工程と、(2−2)アノード44の回転角度を制御することにより、基板Sを、第2カソード42から発せられるスパッタ粒子が入射する位置に配置させる工程と、を含んでいる。   (2) a step of forming an insulating layer includes: (2-1) a step of generating sputtered particles from the second cathode 42 by controlling power supplied to the second cathode 42; Controlling the rotation angle to arrange the substrate S at a position where the sputtered particles emitted from the second cathode 42 enter.

図3では、第1カソード41および第2カソード42が下向きに保持され、アノード44が上向きに保持されることで、カソード41、42およびアノード44が対向配置されている。そのほか、第1カソード41および第2カソード42が上向きに保持され、アノード44が下向きに保持されることで、カソード41、42およびアノード44が対向配置されていてもよい。第1カソード41および第2カソード42が横向きに保持され、アノード44が横向きに保持されることで、カソード41、42およびアノード44が対向配置されていてもよい。カソード41、42およびアノード44が非対向配置されていてもよい。   In FIG. 3, the first cathode 41 and the second cathode 42 are held downward and the anode 44 is held upward, so that the cathodes 41 and 42 and the anode 44 are arranged to face each other. In addition, the cathodes 41 and 42 and the anode 44 may be arranged to face each other by holding the first cathode 41 and the second cathode 42 upward and holding the anode 44 downward. The cathodes 41 and 42 and the anode 44 may be arranged to face each other by holding the first cathode 41 and the second cathode 42 in a horizontal direction and holding the anode 44 in a horizontal direction. The cathodes 41 and 42 and the anode 44 may be arranged non-facing.

第1カソード41および第2カソード42のそれぞれ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各カソード41、42から飛び出す。負の電荷を有するスパッタ粒子がアノード44に電気的に吸引され、基板Sの上に第1の強磁性層11、絶縁層21および第2の強磁性層12が順に積層されるように作製される。   The material forming each of the first cathode 41 and the second cathode 42 is sputtered, and sputter particles that are partially free radicalized fly out of the cathodes 41 and 42. The sputtered particles having negative charges are electrically attracted to the anode 44, and the first ferromagnetic layer 11, the insulating layer 21, and the second ferromagnetic layer 12 are formed on the substrate S in this order. You.

第1カソード41および第2カソード42に投入される電力は、各カソード41、42の物質が層の組成に対応するように、第1電力供給装置410および第2電力供給装置420のそれぞれにより独立して制御される。第1カソード41および第2カソード42から同時にスパッタされたスパッタ粒子がアノード44に支持された基板Sに到達し、所望の組成の層が作製される。基板Sが周期的に第1カソードおよび第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41、42または基板Sに任意の角度を付け、カソード41、42およびアノード44の対向配置の関係が制御されてもよい。同様に非対向配置の場合も、基板S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。   The power supplied to the first cathode 41 and the second cathode 42 is independent of each other by the first power supply 410 and the second power supply 420 so that the material of each cathode 41 and 42 corresponds to the composition of the layer. Controlled. Sputtered particles simultaneously sputtered from the first cathode 41 and the second cathode 42 reach the substrate S supported by the anode 44, and a layer having a desired composition is formed. A film having a desired composition is formed by periodically passing the substrate S near the first cathode and the second cathode. In order to control the incident angle of the sputtered particles, the cathodes 41 and 42 or the substrate S are provided with an arbitrary angle within a range where the magnetic anisotropy derived from the film structure is maintained, and the cathodes 41 and 42 and the anode 44 are opposed to each other. The arrangement relationship may be controlled. Similarly, in the case of the non-facing arrangement, a film having a desired composition is formed by periodically passing the position where the substrate S comes into contact with the sputtered particles.

アノード44は、例えば1〜200rpmの範囲に含まれる回転数で一定もしくは変速回転で回転駆動され、基板Sの面内にこの回転数に応じた周速(回転力)が加えられることにより、スパッタリング中に磁界が印加されなくても、強磁性層11、12において一軸配向が起こる。アノード44の回転によって異方性が付与される方向に100〜500Oeの範囲の磁界が基板Sに印加する場合もあり、強磁性層11、12の異方性はさらに強化される。   The anode 44 is driven to rotate at a constant or variable-speed rotation at a rotation speed included in a range of, for example, 1 to 200 rpm, and a peripheral speed (rotational force) corresponding to the rotation speed is applied to the surface of the substrate S to perform sputtering. Uniaxial orientation occurs in the ferromagnetic layers 11 and 12 even when no magnetic field is applied inside. In some cases, a magnetic field in the range of 100 to 500 Oe is applied to the substrate S in a direction in which anisotropy is given by the rotation of the anode 44, and the anisotropy of the ferromagnetic layers 11 and 12 is further enhanced.

スパッタガスとしては、例えば純Arガスが用いられる。基板Sの雰囲気を構成するArガス圧力は1〜20mTorrの圧力範囲に制御される。第1電力供給装置410および第2電力供給装置420のそれぞれによるスパッタ電力は10〜1000Wに制御される。層の厚さは成膜時間の長短により調節される。基板Sは間接水冷あるいは100〜800℃の温度範囲に含まれる所定温度に制御される。また、基板ホルダーに一対の永久磁石を配置し、基板Sに100〜500Oeの静磁界が印加されてもよい。   As a sputtering gas, for example, pure Ar gas is used. The pressure of the Ar gas forming the atmosphere of the substrate S is controlled within a pressure range of 1 to 20 mTorr. The sputter power by each of the first power supply device 410 and the second power supply device 420 is controlled to 10 to 1000 W. The thickness of the layer is adjusted according to the length of the film formation time. The substrate S is controlled by indirect water cooling or a predetermined temperature included in a temperature range of 100 to 800 ° C. Further, a pair of permanent magnets may be arranged on the substrate holder, and a static magnetic field of 100 to 500 Oe may be applied to the substrate S.

前記工程(1)〜(3)または少なくとも前記工程(1)および前記(3)は、静磁場中あるいは無磁場中で実行される。基板Sは、ヒータ(図示略)により100〜800℃の温度範囲に含まれる所定温度で加熱されてもよい。第1の強磁性層11および第2の強磁性層12のそれぞれは作製中および作製後のうち少なくとも一方において、例えば静磁界中および回転磁界中、あるいは無磁場中で、100〜800℃の温度範囲に含まれる所定温度で、例えば5分〜5時間の時間範囲に含まれる所定時間にわたって保持されることで熱処理される。このような各強磁性層11、12の作製工程および熱処理工程のいずれによっても、各強磁性層11、12に膜面内一軸異方性が付与される。300Oe〜10kOeの静磁界中もしくは回転磁界における熱処理によって、各強磁性層11、12における異方性磁界の制御が可能である。熱処理温度が100℃より低温である場合、各層作製時の発熱との差がほとんどなくなるので効果はなく、熱処理温度が800℃の上限は、あくまでも、基板や装置の耐熱を考慮してのものである。   The steps (1) to (3) or at least the steps (1) and (3) are performed in a static magnetic field or in a non-magnetic field. The substrate S may be heated by a heater (not shown) at a predetermined temperature included in a temperature range of 100 to 800 ° C. Each of the first ferromagnetic layer 11 and the second ferromagnetic layer 12 has a temperature of 100 to 800 ° C. in at least one of during and after fabrication, for example, in a static magnetic field and a rotating magnetic field, or in a non-magnetic field. The heat treatment is carried out by holding at a predetermined temperature included in the range, for example, a predetermined time included in a time range of 5 minutes to 5 hours. The in-plane uniaxial anisotropy is imparted to each of the ferromagnetic layers 11 and 12 by both the manufacturing process and the heat treatment process of each of the ferromagnetic layers 11 and 12. The anisotropic magnetic field in each of the ferromagnetic layers 11 and 12 can be controlled by a heat treatment in a static magnetic field of 300 Oe to 10 kOe or a rotating magnetic field. When the heat treatment temperature is lower than 100 ° C., there is almost no difference between the heat generation at the time of forming each layer and there is no effect. The upper limit of the heat treatment temperature of 800 ° C. is based on the heat resistance of the substrate and the device. is there.

基板Sの近傍に電磁石や永久磁石を配置するなど、成膜中に静磁界が印加されることによって磁気異方性を誘導し、さらには、基板S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。   Magnetic anisotropy is induced by applying a static magnetic field during film formation, such as disposing an electromagnet or permanent magnet near the substrate S, and further, rotating the substrate S enhances uniaxial anisotropy. By doing so, a thin film having desired magnetic properties can be obtained.

(強磁性積層膜の評価)
図4には、第1実施形態の強磁性積層膜の磁化容易方向の面内静磁化曲線が示されている。第1実施形態では、第1の強磁性層11および第2の強磁性層12のそれぞれが(Co0.84Pd0.160.82−(Ca0.330.670.18で表わされる組成を有している。中間層21がCaF2で表わされる組成を有している。第1の強磁性層11および第2の強磁性層12のそれぞれの厚さt11およびt12はともに500nmであり、中間層21の厚さt21は10nmである。
(Evaluation of ferromagnetic laminated film)
FIG. 4 shows an in-plane static magnetization curve in the easy magnetization direction of the ferromagnetic multilayer film of the first embodiment. In the first embodiment, each of the first ferromagnetic layer 11 and the second ferromagnetic layer 12 has a composition represented by (Co 0.84 Pd 0.16 ) 0.82 − (Ca 0.33 F 0.67 ) 0.18 . The intermediate layer 21 has a composition represented by CaF 2 . Each of the thicknesses t 11 and t 12 of the first ferromagnetic layer 11 and the second ferromagnetic layer 12 is 500 nm, and the thickness t 21 of the intermediate layer 21 is 10 nm.

図4から、x軸を境として、磁化が正の領域の磁化曲線と、負の領域の磁化曲線が段差を伴って左右に移動していることがわかる。これは、上下の特性が異なる磁性膜が、膜内で中間層を介して膜厚方向に交換結合せず、膜端部で結合している場合に見られるものであり、これにより、作製された強磁性積層膜が積層構造を有していることが確認された(図1参照)。   From FIG. 4, it can be seen that the magnetization curve in the region where the magnetization is positive and the magnetization curve in the region where the magnetization is negative are shifted left and right with a step from the x axis. This is seen when the magnetic films having different upper and lower characteristics are not exchange-coupled in the film thickness direction via the intermediate layer in the film but are bonded at the film edge, and thus, the film is manufactured. It was confirmed that the ferromagnetic laminated film had a laminated structure (see FIG. 1).

磁化曲線からの積層構造の確認に加え、透過電顕を用いて強磁性層11が200nm、中間層21が10nmとなり、強磁性層11が5層となるように成膜した積層膜の断面を観察した結果が図5Aおよび図5Bに示されている。図5Aから、200nmの強磁性層11が5層あることがわかる。図5Bからは、中間層21が10nmであり、途中で膜が破れていないことも確認できる。   In addition to confirming the laminated structure from the magnetization curve, the cross section of the laminated film formed so that the ferromagnetic layer 11 becomes 200 nm, the intermediate layer 21 becomes 10 nm, and the ferromagnetic layer 11 becomes five using transmission electron microscope. The observed results are shown in FIGS. 5A and 5B. FIG. 5A shows that there are five 200 nm ferromagnetic layers 11. From FIG. 5B, it can also be confirmed that the thickness of the intermediate layer 21 is 10 nm and the film is not broken in the middle.

CaF2単相は、通常濡れ性が悪く、ガラス基板に単層膜を成膜すると、表面粗さが著しく悪いが、フッ化物を含むナノグラニュラー層の上に順次成膜していくため濡れ性が改善され、中間絶縁層として機能していることを示唆している。ちなみに、中間層を介して膜内で上下膜が交換結合している場合には、斜め磁化や垂直磁化になり、角形性が悪化する。
図6Aには、表1に示されている構成を有する実施例1〜4の強磁性積層膜、および、比較例1〜6のうち比較例5〜6の強磁性単層膜(強磁性層が1つであり、中間層が存在しない膜)のそれぞれの複素透磁率スペクトル(虚部のみ)の膜厚依存性が示されている。複素透磁率スペクトルは、短絡されたシールド型マイクロストリップラインの短絡端に、2×5mmに切り出された試料を挿入し、SパラメータS11を測定、ここから透磁率を導出する市販の方法(短絡マイクロストリップライン法)で測定された。
The CaF 2 single phase usually has poor wettability, and when a single-layer film is formed on a glass substrate, the surface roughness is extremely poor. However, since the CaF 2 single phase is sequentially formed on the nanogranular layer containing fluoride, the wettability is low. Improved, suggesting that it functions as an intermediate insulating layer. Incidentally, when the upper and lower films are exchange-coupled in the film via the intermediate layer, oblique magnetization or perpendicular magnetization occurs, and the squareness deteriorates.
FIG. 6A shows the ferromagnetic multilayer films of Examples 1 to 4 having the configuration shown in Table 1 and the ferromagnetic single-layer films (ferromagnetic layers) of Comparative Examples 5 to 6 among Comparative Examples 1 to 6. Is one, and the film thickness dependence of the complex magnetic permeability spectrum (only the imaginary part) of the film having no intermediate layer) is shown. Complex permeability spectra in short-circuit end of the shorted shielded microstrip line, and insert the sample cut into 2 × 5 mm, measured S-parameters S 11, the commercial method of deriving permeability from here (shorted Microstrip line method).

図6Bには、表2に示されている構成を有する実施例5〜8の強磁性積層膜および比較例7〜12のうち比較例11〜12の強磁性単層膜のそれぞれの強磁性積層膜の複素透磁率スペクトル(虚部のみ)の膜厚依存性が示されている。比較例13は、Cuの単層膜である。   FIG. 6B shows the ferromagnetic laminated films of the ferromagnetic laminated films of Examples 5 to 8 having the configuration shown in Table 2 and the ferromagnetic single-layer films of Comparative Examples 11 to 12 among Comparative Examples 7 to 12. The thickness dependence of the complex permeability spectrum (only the imaginary part) of the film is shown. Comparative Example 13 is a single-layer film of Cu.

図6Aおよび図6Bから、特に強磁性層の一層あたりの厚さが約100nm以下である場合、強磁性積層膜のGHz帯域における複素透磁率の虚部μ”が、強磁性単層膜のそれと比較して著しく大きく、鋭いことがわかる。100nmは、前述の初期層(図2参照)の厚みと同程度であり、従来膜に類似したナノ構造により、高透磁率化および低周波化が図られ、積層化によってこれらの効果が増進されたことが示唆されている。図6Bから、実施例5の強磁性積層膜について、5GHz付近のメインピークと共に、500MHz付近にも共鳴ピークが重畳していることがわかる。これは、膜のMs(0.8T)から鑑みれば、Hkは0.1kA/m程度のほぼ異方性が付いていない成分であり、初期層に異方性が付きにくいことに対し、磁界中成膜していないことが影響しているものと考えられる。   6A and 6B, especially when the thickness of one ferromagnetic layer is about 100 nm or less, the imaginary part μ ″ of the complex magnetic permeability in the GHz band of the ferromagnetic laminated film is different from that of the ferromagnetic single-layer film. 100 nm is about the same as the thickness of the above-mentioned initial layer (see FIG. 2), and high permeability and low frequency can be achieved by a nanostructure similar to the conventional film. 6B, it was suggested that these effects were enhanced by the lamination.From FIG.6B, the resonance peak of the ferromagnetic laminated film of Example 5 was superimposed around 500 MHz together with the main peak around 5 GHz. In view of the Ms (0.8 T) of the film, Hk is a component having almost no anisotropy of about 0.1 kA / m, and it is difficult for the initial layer to have anisotropy. In a magnetic field It is considered that have influenced that not film.

図7Aには、実施例1〜4の強磁性積層膜および比較例1〜6の強磁性単層膜のそれぞれのギルバートダンピング係数αの測定結果が示されている。図7Bには、実施例5〜8の強磁性積層膜および比較例7〜12の強磁性単層膜のそれぞれのギルバートダンピング係数αの測定結果が示されている。見かけのギルバートダンピング係数αは、複素透磁率の虚部について、LLG方程式に基づいたフィッティング計算を行うことにより求められた。   FIG. 7A shows the measurement results of the Gilbert damping coefficients α of the ferromagnetic multilayer films of Examples 1 to 4 and the ferromagnetic single-layer films of Comparative Examples 1 to 6. FIG. 7B shows the measurement results of the Gilbert damping coefficients α of the ferromagnetic multilayer films of Examples 5 to 8 and the ferromagnetic single-layer films of Comparative Examples 7 to 12. The apparent Gilbert damping coefficient α was determined by performing a fitting calculation based on the LLG equation for the imaginary part of the complex magnetic permeability.

図8Aには、実施例1〜4の強磁性積層膜および比較例1〜5の強磁性単層膜のそれぞれの異方性磁界Hの測定結果が示されている。図8Bには、実施例5〜8の強磁性積層膜および比較例6〜10の強磁性単層膜のそれぞれの異方性磁界Hkの測定結果が示されている。異方性磁界Hも、複素透磁率の虚部について、LLG方程式に基づいたフィッティング計算を行うことにより求められた。 Figure 8A is a measurement result of each of the anisotropic magnetic field H k of the ferromagnetic single-layer film of the ferromagnetic multilayer films and Comparative Examples 1-5 Examples 1-4 are shown. FIG. 8B shows the measurement results of the anisotropic magnetic fields Hk of the ferromagnetic multilayer films of Examples 5 to 8 and the ferromagnetic single-layer films of Comparative Examples 6 to 10. The anisotropic magnetic field H k was also obtained by performing fitting calculation based on the LLG equation for the imaginary part of the complex magnetic permeability.

図7A、図7B、図8Aおよび図8Bのそれぞれにおいて、横軸は、実施例の強磁性積層膜については1つの強磁性層の厚さを表わし、比較例の強磁性単層膜については膜厚を表わしている。厚さが200nm以下の範囲で、強磁性積層膜(実施例1〜3、5〜7)と強磁性単層膜(比較例1〜3、7〜9参照)との測定結果が乖離しており、特に100nm以下の範囲で強磁性積層薄膜の見かけのギルバートダンピング係数αおよび異方性磁界Hが著しく低くなっていることがわかる。 In each of FIGS. 7A, 7B, 8A and 8B, the horizontal axis represents the thickness of one ferromagnetic layer for the ferromagnetic laminated film of the example, and the thickness of the ferromagnetic single-layer film of the comparative example. It represents the thickness. When the thickness is 200 nm or less, the measurement results of the ferromagnetic multilayer film (Examples 1 to 3 and 5 to 7) and the ferromagnetic single-layer film (see Comparative Examples 1 to 3 and 7 to 9) are different. cage, in particular, it can be seen that the Gilbert damping factor α and the anisotropic magnetic field H k of the apparent ferromagnetic multilayer thin film in the range of 100nm is significantly lower.

図9Aには、実施例1〜4の強磁性積層膜および比較例1〜5の強磁性単層膜のそれぞれの保磁力の測定結果が示されている。図9Bには、実施例5〜8の強磁性積層膜および比較例6〜10の強磁性単層膜のそれぞれの保磁力の測定結果が示されている。保磁力は、面内磁化容易方向の静磁化曲線から得られた。   FIG. 9A shows the measurement results of the coercive force of the ferromagnetic multilayer films of Examples 1 to 4 and the ferromagnetic single-layer films of Comparative Examples 1 to 5. FIG. 9B shows the measurement results of the coercive force of the ferromagnetic multilayer films of Examples 5 to 8 and the ferromagnetic single-layer films of Comparative Examples 6 to 10. The coercive force was obtained from a static magnetization curve in the in-plane easy magnetization direction.

CoPd合金は、軟磁性材料というよりも、むしろ半硬磁性材料という方が適当な材料であり、異方性が強い代わりに保磁力がそもそも大きい。図9Aから、強磁性単層膜((Co0.84Pd0.1682−(Ca0.330.6718膜)については、膜厚が厚いと保磁力が15kA/m程度であまり変化がないが、200nm以下になると保磁力が増加する一方(比較例1〜3参照)、強磁性積層膜では逆に保磁力が低下していることがわかる(実施例1〜3参照)。図9Bから、強磁性単層膜((Co0.72Pd0.2882−(Ca0.330.6718膜)については、膜厚に対する保磁力の変化がさほどない一方、強磁性薄膜については、強磁性層の一層あたりの膜厚が500nmであっても、保磁力の低下が起きている。
以上のように、タンデム法で作製したナノグラニュラー膜を積層すると、通常の金属単相膜の積層とは異なる結果が得られることがわかった。
The CoPd alloy is more suitable as a semi-hard magnetic material than a soft magnetic material, and has a large coercive force in the first place instead of a strong anisotropy. From FIG. 9A, as for the ferromagnetic single layer film ((Co 0.84 Pd 0.16 ) 82 − (Ca 0.33 F 0.67 ) 18 film), when the film thickness is large, the coercive force is about 15 kA / m, and there is not much change. It can be seen that the coercive force increases (see Comparative Examples 1 to 3) while the coercive force decreases in the ferromagnetic laminated film (see Examples 1 to 3). From FIG. 9B, it can be seen that the ferromagnetic single-layer film ((Co 0.72 Pd 0.28 ) 82 − (Ca 0.33 F 0.67 ) 18 film) has little change in coercive force with respect to the film thickness, while the ferromagnetic thin film has Even if the thickness of one layer is 500 nm, the coercive force is reduced.
As described above, it was found that when the nanogranular films produced by the tandem method were laminated, a result different from that of the ordinary lamination of the metal single-phase film was obtained.

以上の磁気特性から示唆された100nmの初期層を透過電顕で確認した結果が図10Aおよび図10Bに示されている。図5Aおよび図5Bと同じく、一層200nmの磁性層が、中間絶縁層を介して5層積まれた試料である(実施例3)。   FIGS. 10A and 10B show the results of confirming the initial layer of 100 nm suggested by the above magnetic characteristics with a transmission electron microscope. As in FIGS. 5A and 5B, the sample is a sample in which five 200-nm magnetic layers are stacked via an intermediate insulating layer (Example 3).

一層の磁性層が基板界面から厚み方向に100nmの範囲は、長細いナノ粒子が厚み方向に揃い、柱状であるのに対し、それよりも基板界面から離れた方向は、ナノ粒子が斜めに傾いていることがわかる。図1の前提および磁気特性の厚み依存性との整合性が得られる結果である。透過電顕画像の解釈は、表面のみならず、内部にあるナノ粒子も透けているため、干渉効果があり、解釈には慎重さを要するが、専門家からも、このナノ構造差は間違いないとの意見を得ている。   In the range where one magnetic layer has a thickness of 100 nm from the substrate interface in the thickness direction, long and narrow nanoparticles are aligned in the thickness direction and are columnar, whereas in the direction further away from the substrate interface, the nanoparticles are inclined obliquely. You can see that it is. This is a result in which consistency with the assumption of FIG. 1 and the thickness dependence of the magnetic characteristics is obtained. Interpretation of transmission electron microscopy images not only on the surface but also on the inside of the nanoparticle has an interference effect and requires careful interpretation.However, even from experts, there is no doubt that this nanostructure difference Has got the opinion.

(強磁性積層膜のノイズ抑制効果)
各実施例の強磁性積層膜および各比較例の強磁性単層膜のそれぞれが、線路長10mm、特性インピーダンス50Ω、およびラインとスペースとのそれぞれが95μmおよび50μmのそれぞれである2線路平行型マイクロストリップライン上に無加重で載せられたうえで、4ポートネットワークアナライザを用いて、S11(主線路の反射)、S21(主線路の透過)、S31(主線路と副線路間の近端クロストーク)およびS41(主線路と副線路間の遠端クロストーク)が測定された。試料の寸法は、8mm角である。
(Noise suppression effect of ferromagnetic laminated film)
Each of the ferromagnetic laminated film of each example and the ferromagnetic single-layer film of each comparative example has a line length of 10 mm, a characteristic impedance of 50Ω, and a two-line parallel type micro line having a line and space of 95 μm and 50 μm, respectively. After being placed on the strip line without weight, using a 4-port network analyzer, S 11 (reflection of the main line), S 21 (transmission of the main line), S 31 (near the main line and the sub line) End crosstalk) and S 41 (far end crosstalk between the main line and the sub line) were measured. The dimensions of the sample are 8 mm square.

図11A〜図13Aのそれぞれには、実施例1〜4の強磁性積層膜および比較例5〜6の強磁性単層膜のそれぞれの伝導ノイズ抑制Ploss/Pin(=1−(|S112+|S212))、近端クロストークS31、および遠端クロストークS41の測定結果が示されている。図11B〜図13Bのそれぞれには、実施例5〜8の強磁性積層膜および比較例11〜12の強磁性単層膜のそれぞれのPloss/Pin、S31、およびS41の測定結果が示されている。いずれの実施例・比較例も、MHz帯では、試料無装荷(Without Sample)および基板のみと大差が無いが、GHz帯ではPloss/Pinは増大し、S31およびS41では信号が大きく減衰している。特に、透磁率が大きく共鳴周波が低い実施例1〜2、5〜6の強磁性積層膜(一層あたりの磁性層厚が薄い)と、比較例6および12の厚い単層膜では、若干低い周波数から効果が大きく見られ、磁気共鳴に対応した変曲点も顕著に見られる。磁化容易方向と磁化困難方向との比較については、磁化困難方向の方がいずれも高い周波数で推移した。また、強力な磁石を近づけ、磁性膜の磁化状態を変化させると、ディップの位置は変化した。よって、磁性膜の特性に応じて周波数選択性が得られていることがわかる。しかし、膜組成による違いについては、磁気共鳴周波数の変化ほどの差は見られなかった。これは、試料が8mm角と大きいため、前述のように、渦電流損失が支配的であるからである。 11A to 13A respectively show the conduction noise suppression P loss / P in (= 1− (| S) of the ferromagnetic multilayer films of Examples 1 to 4 and the ferromagnetic single-layer films of Comparative Examples 5 to 6. 11 | 2 + | S 21 | 2)), are shown measurement results of the near-end crosstalk S 31 and far-end crosstalk S 41, it is. 11B to 13B show the measurement results of P loss / P in , S 31 , and S 41 of the ferromagnetic multilayer films of Examples 5 to 8 and the ferromagnetic single-layer films of Comparative Examples 11 to 12, respectively. It is shown. In each of the examples and comparative examples, in the MHz band, there is no significant difference from the sample unloaded (Without Sample) and the substrate alone, but in the GHz band, P loss / P in increases, and the signal is large in S 31 and S 41. It is declining. In particular, the ferromagnetic laminated films of Examples 1 to 2 and 5 to 6 (having a small thickness of the magnetic layer per layer) having large magnetic permeability and low resonance frequency and the thick single-layer films of Comparative Examples 6 and 12 are slightly lower. The effect is large from the frequency, and the inflection point corresponding to the magnetic resonance is also remarkably seen. As for the comparison between the easy magnetization direction and the hard magnetization direction, the hard magnetization direction changed at a higher frequency. Also, when a strong magnet was brought closer to change the magnetization state of the magnetic film, the dip position changed. Therefore, it can be seen that frequency selectivity is obtained according to the characteristics of the magnetic film. However, the difference due to the film composition was not as large as the change in the magnetic resonance frequency. This is because the eddy current loss is dominant as described above because the sample is as large as 8 mm square.

渦電流損失が支配的であるということは、常磁性の金属膜との比較が重要となる。図14には、Ploss/Pinについて、実施例1、比較例13、および試料無装荷のデータを重ねて示したものである。比較例13のCu膜は、他者とは大きく異なっており、MHz帯ではほぼ1で、GHz帯に入ると0.6にまで低下する。これもある意味、弱い周波数選択性のように見えるが、Ploss/Pinを決定づけるS11の周波数特性を見ると、比較例13では電力が透過せずに反射しているため、Ploss/Pinが大きく見えているだけであった。また、S41からは、伝送線路のキャパシタンスが非常に大きくなっていることがわかった。電力が反射する原因は、キャパシタンスが大きくなり、特性インピーダンスが、測定周波数範囲全域で、10〜20Ωにまで低下しているためである。約8GHzで電気的な共振が起きていることも、キャパシタンスの増加の証拠となる。このように、Cuを装荷した場合は、全域で高周波伝送線路として成り立っておらず、周波数選択性があるとは言えない。一方で、磁性膜では、MHz帯の低周波では試料無装荷と変わらず、GHz帯のみで、電力の吸収が起こる。よって、第五世代移動体通信にとっては、磁性膜を用いることが適していることを意味し、この高周波磁気特性を、磁性層の厚みで制御できるのは効果的である。 The fact that eddy current loss is dominant is important in comparison with a paramagnetic metal film. FIG. 14 shows the data of Example 1, Comparative Example 13, and no sample loaded with P loss / P in superimposed. The Cu film of Comparative Example 13 is significantly different from the others, and is approximately 1 in the MHz band and drops to 0.6 in the GHz band. This also implies, looks like a weak frequency selective, looking at the frequency characteristic of the S 11 that determines the P loss / P in, since the power in Comparative Example 13 is reflected without being transmitted, P loss / P in was only visible large. Also, the S 41 was found to capacitance of the transmission line is very large. The power is reflected because the capacitance is increased and the characteristic impedance is reduced to 10 to 20Ω over the entire measurement frequency range. The occurrence of electrical resonance at about 8 GHz is also evidence of an increase in capacitance. Thus, when Cu is loaded, it cannot be said that it has a frequency selectivity because it does not work as a high-frequency transmission line in the entire region. On the other hand, in the magnetic film, power absorption occurs only in the GHz band at the low frequency in the MHz band, as in the case of no sample loading. Therefore, it is effective to use a magnetic film for the fifth generation mobile communication, and it is effective to control the high frequency magnetic characteristics by the thickness of the magnetic layer.

本発明の強磁性積層膜は、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(1GHz以下)から、例えば無線LAN規格の2.4GHz帯のように、準マイクロ波(〜3GHz)にまで高まっている。   The ferromagnetic laminated film of the present invention relates to an ultrahigh-frequency magnetic thin film having uniaxial magnetic anisotropy in a film plane, which is used for an electromagnetic inductive electronic device of electronic equipment. 2. Description of the Related Art In recent years, the speed of information processing and transmission in electronic devices has been rapidly increasing, and their operating frequency has been changed from a conventional high-frequency band (1 GHz or less) to, for example, a 2.4 GHz band of a wireless LAN standard. It is increasing to microwaves (〜3 GHz).

今後は、通信速度を高めるためにさらに高いSHF帯(3GHz〜)で、例えば5.2GHz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。   In the future, in order to increase the communication speed, for example, a wireless LAN based on the 5.2 GHz standard in the higher SHF band (3 GHz or higher) will be the mainstream. In addition, since electronic devices have been multifunctional and miniaturized in recent years, the miniaturization and integration of electronic devices that occupy a large part of the internal volume, for example, electromagnetically inductive high-frequency magnetic devices such as inductors, couplers, baluns, and noise filters There is a strong demand for conversion.

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や、磁界を磁性体内に留め、時には吸収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1GHz以上まで透磁率μ’が一定を保つ磁性材料、言い換えれば、透磁率μ”による磁気共鳴周波数が3GHz以上と極めて高い材料が望まれ、これがノイズ抑制の効果ももたらす。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。   For this purpose, it is very effective to introduce a magnetic material into a conventional air-core magnetic device to reduce the reluctance of a magnetic circuit, or to retain and sometimes absorb a magnetic field in a magnetic material. For the above reasons, a magnetic material that maintains a constant magnetic permeability μ ′ at least up to 1 GHz or more, in other words, a material whose magnetic resonance frequency due to magnetic permeability μ ″ is as high as 3 GHz or more is desired, which also has the effect of suppressing noise. In addition, as a recent trend of electronic devices, studies on thin film devices and integration with semiconductor ICs are being actively conducted, and magnetic materials are expected to be used as thin film materials.

磁性体の高周波特性を、積層膜の膜厚制御のみで、あたかも組成制御を行ったかのような範囲にまで変化させることが出来る技術は、低コスト化に寄与し、工業的な利点が大きい。   A technology that can change the high-frequency characteristics of a magnetic material to a range as if composition control was performed only by controlling the film thickness of the laminated film contributes to cost reduction and has great industrial advantages.

11‥第1の強磁性層、12‥第2の強磁性層、21‥絶縁層、41‥第1カソード、42‥第2カソード、44‥アノード、S‥基板。 11 {first ferromagnetic layer, 12} second ferromagnetic layer, 21} insulating layer, 41 {first cathode, 42} second cathode, 44} anode, S substrate.

Claims (5)

対をなす強磁性層の間に絶縁層が挟まれるように複数の前記強磁性層および少なくとも1つの前記絶縁層が積層されている構造を有する強磁性積層膜であって、
前記強磁性層が、一般式L1-a-bab(L: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)、または、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およびPtから選択される1種以上の貴金属元素との合金(当該合金における貴金属元素の原子比率は0.50以下である)、M: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、F:フッ素、0.03≦a≦0.07、0.06≦b≦0.18、0.10≦a+b≦0.24)により表わされる組成を有し、かつ、Lで表わされる平均粒径1〜20nmの磁性粒子がMのフッ化物からなる絶縁性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し、
前記絶縁層が、一般式Mcd(1≦c≦2、1≦d≦3)により表わされる組成を有していることを特徴とする強磁性積層膜。
A ferromagnetic laminated film having a structure in which a plurality of the ferromagnetic layers and at least one of the insulating layers are stacked such that an insulating layer is sandwiched between a pair of ferromagnetic layers,
The ferromagnetic layer is composed of a general formula L 1 -abM a F b (L: one or more elements selected from Fe, Co and Ni (excluding Ni alone), or Fe, Co and Ni) Alloys of one or more selected ferromagnetic elements and one or more noble metal elements selected from Pd and Pt (the atomic ratio of the noble metal elements in the alloy is 0.50 or less), M: Li, One or more elements selected from Mg, Al, Ca, Sr, Ba, Gd and Y, F: fluorine, 0.03 ≦ a ≦ 0.07, 0.06 ≦ b ≦ 0.18, 0.10 ≦ a + b ≦ 0.24) and has a nanogranular structure in which magnetic particles having an average particle diameter of 1 to 20 nm represented by L are uniformly distributed in an insulating matrix made of M fluoride. ,
The insulating layer has the general formula M c F d (1 ≦ c ≦ 2,1 ≦ d ≦ 3) ferromagnetic multilayer film, which has a composition represented by.
請求項1記載の強磁性積層膜において、前記複数の強磁性層のそれぞれの厚さが10〜2000nmの範囲に含まれていることを特徴とする強磁性積層膜。   2. The ferromagnetic laminated film according to claim 1, wherein the thickness of each of the plurality of ferromagnetic layers is in the range of 10 to 2000 nm. 請求項2記載の強磁性積層膜において、前記複数の強磁性層のそれぞれの厚さが10〜1000nmの範囲に含まれていることを特徴とする強磁性積層膜。   3. The ferromagnetic multilayer film according to claim 2, wherein the thickness of each of the plurality of ferromagnetic layers is in the range of 10 to 1000 nm. 請求項1〜3のうちいずれか1項に記載の強磁性積層膜を備えていることを特徴とする電磁誘導性電子部品。   An electromagnetic inductive electronic component comprising the ferromagnetic multilayer film according to claim 1. 対をなす強磁性層の間に絶縁層が挟まれるように複数の前記強磁性層および少なくとも1つの前記絶縁層が積層されている構造を有する強磁性積層膜を製造する方法であって、
前記強磁性層を作製する工程と、前記絶縁層を作製する工程と、を含み、
前記強磁性層を作製する工程は、
Fe、NiおよびCoから選択される1種以上の元素(但しNiの単独は除く)であるLからなる、あるいは、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およびPtから選択される1種以上の貴金属元素と、を含む第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のフッ化物からなる第2カソードのそれぞれに対する供給電力を独立に制御することにより、前記第1カソードおよび前記第2カソードのそれぞれからスパッタ粒子を発生させる工程と、
アノードを回転させることにより、前記アノードに支持された基板を、前記第1カソードおよび前記第2カソードのそれぞれから発せられるスパッタ粒子が入射する位置に周期的に通過させる工程と、を含み、
前記絶縁層を作製する工程は、
前記第2カソードに対する供給電力を制御することにより、前記第2カソードからスパッタ粒子を発生させる工程と、
前記アノードの回転角度を制御することにより、前記基板を、前記第2カソードから発せられるスパッタ粒子が入射する位置に配置させる工程と、を含むことを特徴とする強磁性積層膜の製造方法。
A method for manufacturing a ferromagnetic laminated film having a structure in which a plurality of the ferromagnetic layers and at least one of the insulating layers are laminated such that an insulating layer is sandwiched between a pair of ferromagnetic layers,
A step of forming the ferromagnetic layer, and a step of forming the insulating layer,
The step of producing the ferromagnetic layer,
One or more elements selected from Fe, Ni and Co (excluding Ni alone), or one or more ferromagnetic elements selected from Fe, Co and Ni, and Pd and A first cathode containing at least one noble metal element selected from Pt, and a fluoride of M that is at least one element selected from Li, Mg, Al, Ca, Sr, Ba, Gd and Y Generating sputtered particles from each of the first cathode and the second cathode by independently controlling the power supplied to each of the second cathodes comprising:
Rotating the anode to periodically pass a substrate supported by the anode to a position where sputtered particles emitted from each of the first cathode and the second cathode are incident,
The step of forming the insulating layer,
Controlling the power supply to the second cathode to generate sputter particles from the second cathode;
Controlling the rotation angle of the anode to dispose the substrate at a position where the sputtered particles emitted from the second cathode are incident.
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