JP2744945B2 - 磁性多層膜 - Google Patents
磁性多層膜Info
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- JP2744945B2 JP2744945B2 JP4226487A JP22648792A JP2744945B2 JP 2744945 B2 JP2744945 B2 JP 2744945B2 JP 4226487 A JP4226487 A JP 4226487A JP 22648792 A JP22648792 A JP 22648792A JP 2744945 B2 JP2744945 B2 JP 2744945B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高周波磁気デバイス用
磁性多層膜に関する。
磁性多層膜に関する。
【０００２】
【従来の技術】コイル，トランス等高周波磁気デバイス
のコア材料としては、できるだけ高い周波数まで大きな
比透磁率が維持され、かつ損失の小さい磁性材料が要求
される。比透磁率μｒはμｒ′を実部、μｒ″を虚部と
して、 μｒ＝μｒ′−ｊ・μｒ″ （１） と表される。ここで（−１）1/2 ＝ｊである。μｒ′は
実効的な比透磁率、μｒ″は損失にそれぞれ対応するた
め、コア材料としては、高周波までμｒ′が高く、μ
ｒ″が低いことが要求される。磁性体に高周波磁場が印
加されると、磁性体内に電流が流れ、磁性体の磁化変化
に制動を与え、損失が生じる。これを渦電流損失とい
う。渦電流損失は磁性体の厚さが（２）式で表される表
皮深さδより厚くなると顕著となる。 δ＝｛２ρｍ／（２πｆ・μｒ′・μ0 ）｝1/2 （２） ここで、ρｍは磁性体の抵抗率、ｆは周波数、μ0 は真
空の透磁率である。フェライト系磁性体はρｍが高いた
めδが厚くなり、１００ＭＨｚ以下の周波数領域では渦
電流損失が問題とならない。このような理由により、従
来、高周波磁気デバイス用コアの主要材料としてはフェ
ライト系磁性体が使用されてきた。図７に従来の代表的
な高周波用磁性材料であるＮｉ−Ｚｎフェライト，フェ
ロクスプレナフェライトにおける比透磁率の周波数特性
を示す。横軸は周波数、縦軸は比透磁率を示す。Ｎｉ−
Ｚｎフェライトでは静的比透磁率μｒ′（０）は３５、
強磁性共鳴周波数は３００ＭＨｚであり、１００ＭＨｚ
付近からμｒ′が低下、μｒ″が増加し始める。一方、
フェロクスプレナフェライトでは、μｒ′（０）は３
５、強磁性共鳴周波数は７００ＭＨｚであり、４００Ｍ
Ｈｚ付近からμｒ′が低下およびμｒ″の増加が始まる
（参考文献：電子材料シリーズ「フェライト」平賀，奥
谷，尾島共著、１９８６，丸善）。近年、磁気デバイス
の小型・高周波化の要請に伴い、１００ＭＨｚ以上の高
周波帯域において使用可能な磁性材料が要求されてい
る。上記のように、従来材料であるフェライト系磁性体
は、μｒ′（０）があまり大きくなく、また百ＭＨｚか
ら数百ＭＨｚでμｒ′の低下、μｒ″の急増が生じるた
め、１００ＭＨｚ以上では使用できない。このため、動
作周波数１００ＭＨｚ以上の小型・高周波磁気デバイス
の実現が困難となっている。
のコア材料としては、できるだけ高い周波数まで大きな
比透磁率が維持され、かつ損失の小さい磁性材料が要求
される。比透磁率μｒはμｒ′を実部、μｒ″を虚部と
して、 μｒ＝μｒ′−ｊ・μｒ″ （１） と表される。ここで（−１）1/2 ＝ｊである。μｒ′は
実効的な比透磁率、μｒ″は損失にそれぞれ対応するた
め、コア材料としては、高周波までμｒ′が高く、μ
ｒ″が低いことが要求される。磁性体に高周波磁場が印
加されると、磁性体内に電流が流れ、磁性体の磁化変化
に制動を与え、損失が生じる。これを渦電流損失とい
う。渦電流損失は磁性体の厚さが（２）式で表される表
皮深さδより厚くなると顕著となる。 δ＝｛２ρｍ／（２πｆ・μｒ′・μ0 ）｝1/2 （２） ここで、ρｍは磁性体の抵抗率、ｆは周波数、μ0 は真
空の透磁率である。フェライト系磁性体はρｍが高いた
めδが厚くなり、１００ＭＨｚ以下の周波数領域では渦
電流損失が問題とならない。このような理由により、従
来、高周波磁気デバイス用コアの主要材料としてはフェ
ライト系磁性体が使用されてきた。図７に従来の代表的
な高周波用磁性材料であるＮｉ−Ｚｎフェライト，フェ
ロクスプレナフェライトにおける比透磁率の周波数特性
を示す。横軸は周波数、縦軸は比透磁率を示す。Ｎｉ−
Ｚｎフェライトでは静的比透磁率μｒ′（０）は３５、
強磁性共鳴周波数は３００ＭＨｚであり、１００ＭＨｚ
付近からμｒ′が低下、μｒ″が増加し始める。一方、
フェロクスプレナフェライトでは、μｒ′（０）は３
５、強磁性共鳴周波数は７００ＭＨｚであり、４００Ｍ
Ｈｚ付近からμｒ′が低下およびμｒ″の増加が始まる
（参考文献：電子材料シリーズ「フェライト」平賀，奥
谷，尾島共著、１９８６，丸善）。近年、磁気デバイス
の小型・高周波化の要請に伴い、１００ＭＨｚ以上の高
周波帯域において使用可能な磁性材料が要求されてい
る。上記のように、従来材料であるフェライト系磁性体
は、μｒ′（０）があまり大きくなく、また百ＭＨｚか
ら数百ＭＨｚでμｒ′の低下、μｒ″の急増が生じるた
め、１００ＭＨｚ以上では使用できない。このため、動
作周波数１００ＭＨｚ以上の小型・高周波磁気デバイス
の実現が困難となっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の欠点を
改善するために提案されたもので、その目的は、従来の
高周波用磁性材料において数百ＭＨｚの周波数帯域で比
透磁率が低く、損失が大きいという点を解決した、高比
透磁率，低損失性を示す磁性多層膜を提供することにあ
る。
改善するために提案されたもので、その目的は、従来の
高周波用磁性材料において数百ＭＨｚの周波数帯域で比
透磁率が低く、損失が大きいという点を解決した、高比
透磁率，低損失性を示す磁性多層膜を提供することにあ
る。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明は基板上に、シート状磁性体と、同じくシー
ト状非磁性絶縁体とを交互に積層してなる磁性多層膜に
おいて、強磁性共鳴周波数以下の周波数で用いる場合、
前記磁性体の厚さが強磁性共鳴周波数における表皮深さ
以下であり、かつ前記非磁性絶縁体の厚さが前記磁性体
間の電気的絶縁を保ち得る厚さ以上であることを最も主
要な特徴とする。従来の材料とは、材料構成および構造
が異なる。
め、本発明は基板上に、シート状磁性体と、同じくシー
ト状非磁性絶縁体とを交互に積層してなる磁性多層膜に
おいて、強磁性共鳴周波数以下の周波数で用いる場合、
前記磁性体の厚さが強磁性共鳴周波数における表皮深さ
以下であり、かつ前記非磁性絶縁体の厚さが前記磁性体
間の電気的絶縁を保ち得る厚さ以上であることを最も主
要な特徴とする。従来の材料とは、材料構成および構造
が異なる。
【０００５】
【作用】本発明によれば、磁性体の厚さを強磁性共鳴周
波数における表皮深さ以下にすることによって、強磁性
共鳴周波数以下の周波数帯域において渦電流損失を抑制
することができる。
波数における表皮深さ以下にすることによって、強磁性
共鳴周波数以下の周波数帯域において渦電流損失を抑制
することができる。
【０００６】
【実施例】次に本発明の実施例について説明する。図１
は、本発明の磁性多層膜の実施例を示す図であって、基
板４上に磁性体１と非磁性絶縁体２とが交互に積層した
磁性多層膜３が形成されている。磁性体の強磁性共鳴周
波数ｆｋは、図１に示す座標系において、磁化方向をｚ
方向とすると、 ｆｋ＝（γ／２π）｛Ｈｅｚ＋（Ｎｙ−Ｎｚ）４πＭｓ＋Ｈａｚ−Ｈａｙ） ・（Ｈｅｚ＋（Ｎｘ−Ｎｚ）４πＭｓ＋Ｈａｚ−Ｈａｘ）｝1/2 （３） で表される。ここで、γはジャイロ磁気定数、Ｈｅｚは
ｚ方向の外部磁場、Ｎｘ，Ｎｙ，Ｎｚは各々ｘ，ｙ，ｚ
方向の反磁場定数、４πＭｓは磁性体の飽和磁束密度、
Ｈａｘ，Ｈａｙ，Ｈａｚは各々ｘ，ｙ，ｚ方向の異方性
磁場である。ただし、磁性体が図１のように薄膜形状を
なす場合、Ｎｘ＝１となる。今、磁性多層膜を強磁性共
鳴周波数ｆｋ以下の周波数で使用する場合、強磁性共鳴
周波数ｆｋにおける表皮深さは、（２）式により｛２ρ
ｍ／（２πｆｋ・μｒ′・μ0 ）｝1/2 となる。磁性体
の厚さをこの表皮深さ以下にすることによって、ｆｋ以
下では渦電流損失を回避することが可能となる。図１で
は、磁性体１の厚さはこの表皮深さ以下に設定されてい
る。また、非磁性絶縁体２の厚さが薄く、磁性体間の電
気的絶縁が不完全であると、磁性体間に電流が流れてし
まい、渦電流損失が生ずる。図１では非磁性絶縁体の厚
さは、磁性体間の電気的絶縁を保ち得る厚さ以上に設定
されている。
は、本発明の磁性多層膜の実施例を示す図であって、基
板４上に磁性体１と非磁性絶縁体２とが交互に積層した
磁性多層膜３が形成されている。磁性体の強磁性共鳴周
波数ｆｋは、図１に示す座標系において、磁化方向をｚ
方向とすると、 ｆｋ＝（γ／２π）｛Ｈｅｚ＋（Ｎｙ−Ｎｚ）４πＭｓ＋Ｈａｚ−Ｈａｙ） ・（Ｈｅｚ＋（Ｎｘ−Ｎｚ）４πＭｓ＋Ｈａｚ−Ｈａｘ）｝1/2 （３） で表される。ここで、γはジャイロ磁気定数、Ｈｅｚは
ｚ方向の外部磁場、Ｎｘ，Ｎｙ，Ｎｚは各々ｘ，ｙ，ｚ
方向の反磁場定数、４πＭｓは磁性体の飽和磁束密度、
Ｈａｘ，Ｈａｙ，Ｈａｚは各々ｘ，ｙ，ｚ方向の異方性
磁場である。ただし、磁性体が図１のように薄膜形状を
なす場合、Ｎｘ＝１となる。今、磁性多層膜を強磁性共
鳴周波数ｆｋ以下の周波数で使用する場合、強磁性共鳴
周波数ｆｋにおける表皮深さは、（２）式により｛２ρ
ｍ／（２πｆｋ・μｒ′・μ0 ）｝1/2 となる。磁性体
の厚さをこの表皮深さ以下にすることによって、ｆｋ以
下では渦電流損失を回避することが可能となる。図１で
は、磁性体１の厚さはこの表皮深さ以下に設定されてい
る。また、非磁性絶縁体２の厚さが薄く、磁性体間の電
気的絶縁が不完全であると、磁性体間に電流が流れてし
まい、渦電流損失が生ずる。図１では非磁性絶縁体の厚
さは、磁性体間の電気的絶縁を保ち得る厚さ以上に設定
されている。
【０００７】ここで、磁性体間の電気的絶縁をとれる非
磁性絶縁体の厚さについての検討結果例を示す。図２に
磁性体の厚さを固定し、磁性体間の厚さを変化させた磁
性多層膜における比透磁率（μｒ′，μｒ″）の周波数
特性を示す。磁性体としては５０ｎｍ厚のＮｉＦｅ合金
を、非磁性絶縁体としてはＳｉＯ2 を、基板にはコーニ
ングガラスを使用した。μｒ′，μｒ″はμｒ′（０）
で規格化した。ＳｉＯ2 厚５ｎｍでは、１０ＭＨｚ付近
からμｒ′は低下し始め、μｒ″も明確なピークを示さ
ない振舞いが観察される。このことから、ＳｉＯ2 厚５
ｎｍでは電気的絶縁が不十分であることがわかる。一
方、ＳｉＯ2 厚５０ｎｍでは、ＮｉＦｅ合金の強磁性共
鳴周波数である６５０ＭＨｚ付近にμｒ″のピークが現
れ、６５０ＭＨｚまでμｒ′の低下が生じない振舞いが
観察された。ＳｉＯ2 厚１００ｎｍでは、この傾向は一
層明確となる。このことは、ＳｉＯ2 厚５０ｎｍおよび
ＳｉＯ2 厚１００ｎｍでは、磁性体間の電気的絶縁がほ
ぼ保たれていることを示唆している。以上の検討から、
ＳｉＯ2 厚を５０ｎｍと設定することにより、磁性体間
の電気的絶縁をとることが可能であることがわかる。
磁性絶縁体の厚さについての検討結果例を示す。図２に
磁性体の厚さを固定し、磁性体間の厚さを変化させた磁
性多層膜における比透磁率（μｒ′，μｒ″）の周波数
特性を示す。磁性体としては５０ｎｍ厚のＮｉＦｅ合金
を、非磁性絶縁体としてはＳｉＯ2 を、基板にはコーニ
ングガラスを使用した。μｒ′，μｒ″はμｒ′（０）
で規格化した。ＳｉＯ2 厚５ｎｍでは、１０ＭＨｚ付近
からμｒ′は低下し始め、μｒ″も明確なピークを示さ
ない振舞いが観察される。このことから、ＳｉＯ2 厚５
ｎｍでは電気的絶縁が不十分であることがわかる。一
方、ＳｉＯ2 厚５０ｎｍでは、ＮｉＦｅ合金の強磁性共
鳴周波数である６５０ＭＨｚ付近にμｒ″のピークが現
れ、６５０ＭＨｚまでμｒ′の低下が生じない振舞いが
観察された。ＳｉＯ2 厚１００ｎｍでは、この傾向は一
層明確となる。このことは、ＳｉＯ2 厚５０ｎｍおよび
ＳｉＯ2 厚１００ｎｍでは、磁性体間の電気的絶縁がほ
ぼ保たれていることを示唆している。以上の検討から、
ＳｉＯ2 厚を５０ｎｍと設定することにより、磁性体間
の電気的絶縁をとることが可能であることがわかる。
【０００８】高周波磁気デバイス用コアに用いる磁性材
料としては、できるだけ高周波までμｒ′の低下、μ
ｒ″の増加が起きない特性を持つことが要求される。μ
ｒ′の低下、μｒ″の増加は強磁性共鳴周波数ｆｋ付近
から起き始めるため、高周波特性を良くするためには、
強磁性共鳴周波数ｆｋを大きくすることが必要である。
強磁性共鳴周波数ｆｋを大きくするためには、（３）式
よりわかるように磁性体に大きな一軸磁気異方性を持た
せることが有効である。磁性体に一軸磁気異方性を持た
せる方法としては、ｚ方向を容易軸とする大きな磁場
誘導磁気異方性を持たせる、ｚ方向を容易軸とする大
きな歪磁気異方性を持たせる、ｙ方向に大きな反磁場
定数を持たせる、ｚ方向に大きな外部磁場を加える、
などの方法が挙げられる。以下に各々について説明す
る。
料としては、できるだけ高周波までμｒ′の低下、μ
ｒ″の増加が起きない特性を持つことが要求される。μ
ｒ′の低下、μｒ″の増加は強磁性共鳴周波数ｆｋ付近
から起き始めるため、高周波特性を良くするためには、
強磁性共鳴周波数ｆｋを大きくすることが必要である。
強磁性共鳴周波数ｆｋを大きくするためには、（３）式
よりわかるように磁性体に大きな一軸磁気異方性を持た
せることが有効である。磁性体に一軸磁気異方性を持た
せる方法としては、ｚ方向を容易軸とする大きな磁場
誘導磁気異方性を持たせる、ｚ方向を容易軸とする大
きな歪磁気異方性を持たせる、ｙ方向に大きな反磁場
定数を持たせる、ｚ方向に大きな外部磁場を加える、
などの方法が挙げられる。以下に各々について説明す
る。
【０００９】まず、のｚ方向を容易軸とする磁場誘導
磁気異方性を持たせるためには、磁性多層膜表面に平行
に直流磁場を印加させて磁場中成膜する方法と、成膜後
磁性多層膜表面に平行に直流磁場を印加させ磁場中熱処
理する方法が挙げられる。磁場誘導磁気異方性による異
方性磁場をＨｉｎとすると、（３）式においてＨｅｚ＝
Ｎｙ＝Ｎｚ＝Ｈａｘ＝Ｈａｙ＝０，Ｎｘ＝１，Ｈａｚ＝
Ｈｉｎとして、強磁性共鳴周波数ｆｋは、 ｆｋ＝（γ／２π）｛Ｈｉｎ（４πＭｓ＋Ｈｉｎ）｝1/2 （４） となる。図３に磁性体としてＣｏＺｒＮｂアモルファス
合金を、非磁性絶縁体としてＳｉＯ2 を、基板としてコ
ーニングガラスを使用した場合の、強磁性共鳴周波数ｆ
ｋのＨｉｎ依存性を示す。強磁性共鳴周波数ｆｋは
（４）式に従い、Ｈｉｎの増加にともない増加する。強
磁性共鳴周波数ｆｋを大きくするためには、Ｈｉｎを大
きくすることが有効である。図４にＨｉｎ＝２０Ｏｅに
おけるＣｏＺｒＮｂ／ＳｉＯ2 多層膜の比透磁率の周波
数特性を示す。強磁性共鳴周波数ｆｋは１．４ＧＨｚで
あり、ＣｏＺｒＮｂ合金のρｍは１２０μΩｃｍ，μ
ｒ′は６００であるため、この時（２）式から表皮深さ
は０．６μｍとなる。図５に、１．４ＧＨｚにおけるＣ
ｏＺｒＮｂ合金厚（ｔｍ）と比透磁率（μｒ′，μ
ｒ″）との関係を示す。厚さ０．６μｍ以下ではμｒ′
の低下は見られないが、０．６μｍ以上ではμｒ′は急
減、μｒ″は急増し始める。このことからＣｏＺｒＮｂ
合金厚を０．６μｍ以下に設定すれば、１．４ＧＨｚ以
下で渦電流損失を抑えられることがわかる。図３ではマ
ージンをもたせ、ＣｏＺｒＮｂ合金厚を１．４ＧＨｚに
おける表皮深さ０．６μｍ以下の０．２μｍ（２００ｎ
ｍ）に、ＳｉＯ2 の厚さを電気的絶縁を保ち得る厚さ
０．０５μｍ（５０ｎｍ）以上である０．１μｍ（１０
０ｎｍ）に設定してある。図４では、μｒ′は１ＧＨｚ
までほぼフラットな特性を示し、強磁性共鳴周波数１．
４ＧＨｚ付近で急減する。一方、μｒ″は１．４ＧＨｚ
付近にピークを持つ特性を示す。ＣｏＺｒＮｂ／ＳｉＯ
2 多層膜のμｒ′（０）は４００程度の値となる。この
特性を図７の従来材料であるＮｉ−Ｚｎフェライトの特
性と比較すると、μｒ′（０）値および強磁性共鳴周波
数ｆｋが各々一桁以上大きな値となり、従来材料と比較
し、比透磁率が高く、損失が小さい特性が得られている
ことがわかる。
磁気異方性を持たせるためには、磁性多層膜表面に平行
に直流磁場を印加させて磁場中成膜する方法と、成膜後
磁性多層膜表面に平行に直流磁場を印加させ磁場中熱処
理する方法が挙げられる。磁場誘導磁気異方性による異
方性磁場をＨｉｎとすると、（３）式においてＨｅｚ＝
Ｎｙ＝Ｎｚ＝Ｈａｘ＝Ｈａｙ＝０，Ｎｘ＝１，Ｈａｚ＝
Ｈｉｎとして、強磁性共鳴周波数ｆｋは、 ｆｋ＝（γ／２π）｛Ｈｉｎ（４πＭｓ＋Ｈｉｎ）｝1/2 （４） となる。図３に磁性体としてＣｏＺｒＮｂアモルファス
合金を、非磁性絶縁体としてＳｉＯ2 を、基板としてコ
ーニングガラスを使用した場合の、強磁性共鳴周波数ｆ
ｋのＨｉｎ依存性を示す。強磁性共鳴周波数ｆｋは
（４）式に従い、Ｈｉｎの増加にともない増加する。強
磁性共鳴周波数ｆｋを大きくするためには、Ｈｉｎを大
きくすることが有効である。図４にＨｉｎ＝２０Ｏｅに
おけるＣｏＺｒＮｂ／ＳｉＯ2 多層膜の比透磁率の周波
数特性を示す。強磁性共鳴周波数ｆｋは１．４ＧＨｚで
あり、ＣｏＺｒＮｂ合金のρｍは１２０μΩｃｍ，μ
ｒ′は６００であるため、この時（２）式から表皮深さ
は０．６μｍとなる。図５に、１．４ＧＨｚにおけるＣ
ｏＺｒＮｂ合金厚（ｔｍ）と比透磁率（μｒ′，μ
ｒ″）との関係を示す。厚さ０．６μｍ以下ではμｒ′
の低下は見られないが、０．６μｍ以上ではμｒ′は急
減、μｒ″は急増し始める。このことからＣｏＺｒＮｂ
合金厚を０．６μｍ以下に設定すれば、１．４ＧＨｚ以
下で渦電流損失を抑えられることがわかる。図３ではマ
ージンをもたせ、ＣｏＺｒＮｂ合金厚を１．４ＧＨｚに
おける表皮深さ０．６μｍ以下の０．２μｍ（２００ｎ
ｍ）に、ＳｉＯ2 の厚さを電気的絶縁を保ち得る厚さ
０．０５μｍ（５０ｎｍ）以上である０．１μｍ（１０
０ｎｍ）に設定してある。図４では、μｒ′は１ＧＨｚ
までほぼフラットな特性を示し、強磁性共鳴周波数１．
４ＧＨｚ付近で急減する。一方、μｒ″は１．４ＧＨｚ
付近にピークを持つ特性を示す。ＣｏＺｒＮｂ／ＳｉＯ
2 多層膜のμｒ′（０）は４００程度の値となる。この
特性を図７の従来材料であるＮｉ−Ｚｎフェライトの特
性と比較すると、μｒ′（０）値および強磁性共鳴周波
数ｆｋが各々一桁以上大きな値となり、従来材料と比較
し、比透磁率が高く、損失が小さい特性が得られている
ことがわかる。
【００１０】次に、の歪磁気異方性による異方性磁場
Ｈｓｔは磁性体の磁歪定数をλｓ、膜応力をσｆとし
て、 Ｈｓｔ＝４π・２｛（３／２）σｆ・λｓ｝／４πＭｓ （５） と表され、（３）式においてＨｅｚ＝Ｎｙ＝Ｎｚ＝Ｈａ
ｘ＝Ｈａｙ＝０，Ｎｘ＝１，Ｈａｚ＝Ｈｓｔとして、強
磁性共鳴周波数ｆｋは、 ｆｋ＝（γ／２π）｛Ｈｓｔ（４πＭｓ＋Ｈｓｔ）｝1/2 （６） となる。強磁性共鳴周波数ｆｋはＨｓｔの増加にともな
い増加するため、強磁性共鳴周波数ｆｋを大きくするに
はＨｓｔを大きくすることが有効である。磁性体のλｓ
は、例えばＣｏＹでは＋５×１０-6，ＣｏＨｆでは＋３
×１０-6，ＣｏＺｒでは＋３×１０-6，ＣｏＴｉでは＋
１．５×１０-6，ＣｏＴａでは−０．５×１０-6，Ｃｏ
Ｎｂでは−１．５×１０-6，ＣｏＮｂＦｅでは＋８×１
０-6，ＣｏＮｂＮｉでは−７×１０-6，ＣｏＮｂＭｎで
は−３×１０-6である。一般にλｓ，σｆは膜面内で等
方的であるため、Ｈｓｔを発生させるためには、σｆに
異方性を持たせる必要がある。σｆに異方性を持たせる
方法としては、図６に示すように磁性多層膜の形状をス
トライプ状とする方法、および外部から機械的に一方向
に力を加える方法が挙げられる。例えば、図６では、σ
ｆが圧縮性の場合（＜０）、λｓが正ならばｙ方向が、
λｓが負ならばｚ方向が容易軸となるようなＨｓｔが発
生することになる。σｆが引っ張り性の場合（＞０）は
この逆となる。今、σｆ＝１０9 ｄｙｎ／ｃｍ2 ，λｓ
＝＋１０-5とすると、約４０ＯｅのＨｓｔがｙ方向に発
生し、この時４πＭｓ＝１ Teslaとすると、ｆｋ＝１．
９ＧＨｚとなる。
Ｈｓｔは磁性体の磁歪定数をλｓ、膜応力をσｆとし
て、 Ｈｓｔ＝４π・２｛（３／２）σｆ・λｓ｝／４πＭｓ （５） と表され、（３）式においてＨｅｚ＝Ｎｙ＝Ｎｚ＝Ｈａ
ｘ＝Ｈａｙ＝０，Ｎｘ＝１，Ｈａｚ＝Ｈｓｔとして、強
磁性共鳴周波数ｆｋは、 ｆｋ＝（γ／２π）｛Ｈｓｔ（４πＭｓ＋Ｈｓｔ）｝1/2 （６） となる。強磁性共鳴周波数ｆｋはＨｓｔの増加にともな
い増加するため、強磁性共鳴周波数ｆｋを大きくするに
はＨｓｔを大きくすることが有効である。磁性体のλｓ
は、例えばＣｏＹでは＋５×１０-6，ＣｏＨｆでは＋３
×１０-6，ＣｏＺｒでは＋３×１０-6，ＣｏＴｉでは＋
１．５×１０-6，ＣｏＴａでは−０．５×１０-6，Ｃｏ
Ｎｂでは−１．５×１０-6，ＣｏＮｂＦｅでは＋８×１
０-6，ＣｏＮｂＮｉでは−７×１０-6，ＣｏＮｂＭｎで
は−３×１０-6である。一般にλｓ，σｆは膜面内で等
方的であるため、Ｈｓｔを発生させるためには、σｆに
異方性を持たせる必要がある。σｆに異方性を持たせる
方法としては、図６に示すように磁性多層膜の形状をス
トライプ状とする方法、および外部から機械的に一方向
に力を加える方法が挙げられる。例えば、図６では、σ
ｆが圧縮性の場合（＜０）、λｓが正ならばｙ方向が、
λｓが負ならばｚ方向が容易軸となるようなＨｓｔが発
生することになる。σｆが引っ張り性の場合（＞０）は
この逆となる。今、σｆ＝１０9 ｄｙｎ／ｃｍ2 ，λｓ
＝＋１０-5とすると、約４０ＯｅのＨｓｔがｙ方向に発
生し、この時４πＭｓ＝１ Teslaとすると、ｆｋ＝１．
９ＧＨｚとなる。
【００１１】次に、のｙ方向に大きな反磁場定数を持
たせる方法としては、図６に示すように、磁性多層膜形
状をｙ方向を短辺とするストライプ状とする方法が挙げ
られる。反磁場Ｈｄは、 Ｈｄ＝Ｎｙ・４πＭｓ （７） で表され、（３）式においてＨｅｚ＝Ｎｚ＝Ｈａｘ＝Ｈ
ａｙ＝Ｈａｚ＝０，Ｎｘ＝１として、強磁性共鳴周波数
ｆｋは、 ｆｋ＝（γ／２π）（Ｈｄ・４πＭｓ）1/2 （８） となる。強磁性共鳴周波数ｆｋはＨｄ従ってＮｙの増加
にともなって増加するため、強磁性共鳴周波数ｆｋを大
きくするにはＮｙを大きくすることが有効である。Ｎｙ
は図４の磁性多層膜形状に依存し、長辺と短辺との比が
大きくなるほどＮｙは大きくなる。
たせる方法としては、図６に示すように、磁性多層膜形
状をｙ方向を短辺とするストライプ状とする方法が挙げ
られる。反磁場Ｈｄは、 Ｈｄ＝Ｎｙ・４πＭｓ （７） で表され、（３）式においてＨｅｚ＝Ｎｚ＝Ｈａｘ＝Ｈ
ａｙ＝Ｈａｚ＝０，Ｎｘ＝１として、強磁性共鳴周波数
ｆｋは、 ｆｋ＝（γ／２π）（Ｈｄ・４πＭｓ）1/2 （８） となる。強磁性共鳴周波数ｆｋはＨｄ従ってＮｙの増加
にともなって増加するため、強磁性共鳴周波数ｆｋを大
きくするにはＮｙを大きくすることが有効である。Ｎｙ
は図４の磁性多層膜形状に依存し、長辺と短辺との比が
大きくなるほどＮｙは大きくなる。
【００１２】最後に、の外部磁場（Ｈｅｘｔ）を加え
る方法としては、磁性多層膜を近接させた永久磁石から
の磁場を用いる方法、および磁性多層膜に近接させた導
線に電流を流し発生した磁場を用いる方法が挙げられ
る。（３）式においてＮｙ＝Ｎｚ＝Ｈａｘ＝Ｈａｙ＝Ｈ
ａｚ＝０，Ｎｘ＝１，Ｈｅｚ＝Ｈｅｘｔとして、強磁性
共鳴周波数ｆｋは、 ｆｋ＝（γ／２π）｛Ｈｅｘｔ（Ｈｅｘｔ＋４πＭｓ）｝1/2 （９） となる。強磁性共鳴周波数ｆｋはＨｅｘｔの増加にとも
ない増加するため、強磁性共鳴周波数ｆｋを大きくする
にはＨｅｘｔを大きくすることが有効である。以上、磁
性体厚さを強磁性共鳴周波数における表皮深さ以下に
し、非磁性絶縁体厚さを電気的絶縁を保ち得る厚さ以上
に設定した磁性多層膜において、からの方法によっ
て磁性体に大きな一軸磁気異方性を持たせることによ
り、従来材料に比較し、高周波まで大きな比透磁率を維
持し、低損失な磁性材料を得ることができる。
る方法としては、磁性多層膜を近接させた永久磁石から
の磁場を用いる方法、および磁性多層膜に近接させた導
線に電流を流し発生した磁場を用いる方法が挙げられ
る。（３）式においてＮｙ＝Ｎｚ＝Ｈａｘ＝Ｈａｙ＝Ｈ
ａｚ＝０，Ｎｘ＝１，Ｈｅｚ＝Ｈｅｘｔとして、強磁性
共鳴周波数ｆｋは、 ｆｋ＝（γ／２π）｛Ｈｅｘｔ（Ｈｅｘｔ＋４πＭｓ）｝1/2 （９） となる。強磁性共鳴周波数ｆｋはＨｅｘｔの増加にとも
ない増加するため、強磁性共鳴周波数ｆｋを大きくする
にはＨｅｘｔを大きくすることが有効である。以上、磁
性体厚さを強磁性共鳴周波数における表皮深さ以下に
し、非磁性絶縁体厚さを電気的絶縁を保ち得る厚さ以上
に設定した磁性多層膜において、からの方法によっ
て磁性体に大きな一軸磁気異方性を持たせることによ
り、従来材料に比較し、高周波まで大きな比透磁率を維
持し、低損失な磁性材料を得ることができる。
【００１３】なお、磁性体に一軸磁気異方性を持たせる
ためには、上記からのうち複数の方法を併用しても
同様の効果を得ることができる。また、磁性体として
は、ＣｏにＺｒ，Ｎｂ，Ｙ，Ｈｆ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗ，Ｔ
ａ，Ｓｉ，Ｂ，Ｒｅ，Ｆｅ，Ｎｉのうち単独あるいは複
数の元素を添加したものを、一方、非磁性絶縁体として
は、ＳｉＯ2 ，ＡｌＮ， Ａｌ2 Ｏ3 ，ＢＮ，ＴｉＮ，
ＳｉＣを各々使用しても上記と同様の効果を得ることが
できる。以上、本発明による磁性多層膜では、従来材料
に比べ、高周波まで、高比透磁率，低損失性を示すとい
う改善があった。
ためには、上記からのうち複数の方法を併用しても
同様の効果を得ることができる。また、磁性体として
は、ＣｏにＺｒ，Ｎｂ，Ｙ，Ｈｆ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗ，Ｔ
ａ，Ｓｉ，Ｂ，Ｒｅ，Ｆｅ，Ｎｉのうち単独あるいは複
数の元素を添加したものを、一方、非磁性絶縁体として
は、ＳｉＯ2 ，ＡｌＮ， Ａｌ2 Ｏ3 ，ＢＮ，ＴｉＮ，
ＳｉＣを各々使用しても上記と同様の効果を得ることが
できる。以上、本発明による磁性多層膜では、従来材料
に比べ、高周波まで、高比透磁率，低損失性を示すとい
う改善があった。
【００１４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による磁性
多層膜は、数百ＭＨｚの高周波帯域において、比透磁率
が高く、損失が小さいという利点がある。従って、本磁
性多層膜は、動作周波数１００ＭＨｚ以上の小型・高周
波磁気デバイスのコア材料として有用である。
多層膜は、数百ＭＨｚの高周波帯域において、比透磁率
が高く、損失が小さいという利点がある。従って、本磁
性多層膜は、動作周波数１００ＭＨｚ以上の小型・高周
波磁気デバイスのコア材料として有用である。
【図１】本発明の実施例を示す図である。
【図２】非磁性絶縁体としてのＳｉＯ2 厚を変化させた
場合の比透磁率の周波数特性を示す図である。
場合の比透磁率の周波数特性を示す図である。
【図３】強磁性共鳴周波数の磁場誘導異方性磁場依存性
を示す図である。
を示す図である。
【図４】比透磁率の周波数特性を示す図である。
【図５】ＣｏＺｒＮｂ合金厚と比透磁率との関係を示す
図である。
図である。
【図６】本発明の実施例を示す図である。
【図７】従来の磁性材料における比透磁率の周波数特性
を示す図である。
を示す図である。
１ 磁性体 ２ 非磁性絶縁体 ３ 磁性多層膜 ４ 基板
Claims (2)
- 【請求項１】 基板上に、シート状磁性体と同じくシー
ト状非磁性絶縁体とを交互に積層してなる磁性多層膜に
おいて、この磁性多層膜を強磁性共鳴周波数以下の周波
数で使用する場合、前記磁性体の厚さが強磁性共鳴周波
数における表皮深さ以下であり、かつ前記非磁性絶縁体
の厚さが前記磁性体間の電気的絶縁を保ち得る厚さ以上
であることを特徴とする磁性多層膜。 - 【請求項２】 磁性体の飽和磁束密度を４πＭｓとし、
ジャイロ磁気定数をγ、異方性磁場をＨｋとするとき、
強磁性共鳴周波数ｆｋ＝（γ／２π）（４πＭｓ・Ｈ
ｋ）１／２以下の周波数で使用する場合、ρｍ，μｒを
磁性体の抵抗率，比透磁率、μ０を真空の透磁率とする
とき、磁性体の表皮深さδの最小値は｛２ρｍ／（２π
ｆｋ・μｒ・μ０）｝１／２あり、前記磁性体の厚さが
前記表皮深さの最小値以下であり、かつ前記非磁性絶縁
体の厚さが前記磁性体間の電気的絶縁を保ち得る厚さ以
上であることを特徴とする請求項１記載の磁性多層膜。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4226487A JP2744945B2 (ja) | 1992-03-16 | 1992-08-03 | 磁性多層膜 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4-90209 | 1992-03-16 | ||
| JP9020992 | 1992-03-16 | ||
| JP4226487A JP2744945B2 (ja) | 1992-03-16 | 1992-08-03 | 磁性多層膜 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05326262A JPH05326262A (ja) | 1993-12-10 |
| JP2744945B2 true JP2744945B2 (ja) | 1998-04-28 |
Family
ID=13992099
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4226487A Expired - Lifetime JP2744945B2 (ja) | 1992-03-16 | 1992-08-03 | 磁性多層膜 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2744945B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3091817B2 (ja) * | 1994-03-11 | 2000-09-25 | 株式会社アモルファス・電子デバイス研究所 | マイクロ磁気素子磁心 |
| FR2860642B1 (fr) * | 2003-10-07 | 2006-02-24 | Commissariat Energie Atomique | Procede de realisation d'un multicouche composite. |
| TW200919498A (en) * | 2007-10-19 | 2009-05-01 | Delta Electronics Inc | Inductor and core thereof |
| DE102014212393A1 (de) * | 2014-06-27 | 2015-12-31 | Continental Teves Ag & Co. Ohg | Verfahren zum Herstellen eines Magnetischen Kerns mit mehreren Schichten |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS515180B2 (ja) * | 1972-12-11 | 1976-02-18 | ||
| JPS59202614A (ja) * | 1983-05-04 | 1984-11-16 | Showa Denko Kk | 磁気素子 |
-
1992
- 1992-08-03 JP JP4226487A patent/JP2744945B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05326262A (ja) | 1993-12-10 |
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