JP3700085B2 - フェライト薄膜の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トランス、インダクタ、ＥＭＩ対策部品などに用いられる軟磁性材料、特にフェライト薄膜を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体集積回路技術の飛躍的な発展によるマルチメディア化に伴い、携帯電話、ノートブックパソコン、電子手帳等のモバイル機器の普及には目覚しいものがある。そして、これら携帯機器では、電池を駆動源としており、多種多様なデバイスを駆動するため、電池の単一電圧をＤＣ−ＤＣコンバータにより昇圧、降圧して各デバイスに供給するようにしている。一方、これら携帯機器の高機能化、小型化、軽量化が進む中、前記ＤＣ−ＤＣコンバータに対する小型・軽量化の要求もますます厳しくなっており、これに伴って前記コンバータ用トランスやインダクタなどの軟磁性部品の薄膜化が推し進められている。
【０００３】
また、近年、電子機器の信号の伝達に用いられる周波数はますます高周波化される傾向にあり、これに伴って機器システムから発生する電磁エネルギーが電圧、電流変動として電線を伝わり、あるいは電磁波として空間を伝播し、他の機器システムに受信障害や機器の誤作動を引き起こすことがある。このため、機器システムとしては、できるだけ妨害波を放出せず、しかも他からの妨害波が進入しても障害を起こさないように電磁的な耐性を有する必要があり、いわゆるＥＭＩ対策部品の使用が増えつつある。そして、このＥＭＩ対策部品についても、小型・軽量化が求められており、その薄膜化が推し進められている。
【０００４】
ところで従来、上記したトランス、インダクタ、ＥＭＩ対策部品などに用いられる薄膜磁性部品としては、スパッタ法により比較的容易に成膜できるところから、Ｎｉ−Ｆｅ系、Ｃｏ−Ｚｎ−Ｎｂ系などの金属磁性薄膜が一般に用いられていた。しかし、この金属磁性薄膜は、通常、インダクタンスを大きくとる必要があるため、数μｍと比較的厚く形成しなけばならず、このように厚膜とした場合は、その電気伝導度が高くなって、高周波領域で渦電流損失が生じ易くなり、これに起因して軟磁性特性が極端に悪化してしまう、という問題があった。
【０００５】
一方、電気伝導度が低く、高周波領域においても優れた軟磁性を有する軟磁性材料としてフェライトが知られており、このフェライトを、上記したトランス、インダクタ等の薄膜磁性部品として用いることにより、小型、軽量でしかも高周波領域での使用にも耐える電気機器が実現することになる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来、フェライトの成膜に関しては確立した技術がなく、例えば、汎用のスパッタ法、蒸着法、めっき法を始め、高流速のガスをキャリアガスとしてフェライト微粒子を基板に吹付けるパウダービーム法、スピンコートまたはディッピングによりゾル・ゲルを塗布するゾル・ゲル法、原料ガスをプラズマ化して基板にフェライトを積層形成するプラズマＭＯＣＶＤ法（特開平０８−１３８９３４号公報、特開平０８−３３５５１４号公報等）など、種々の方法が試行錯誤的に実施されている。
【０００７】
しかしながら、上記スパッタ法や蒸着法によれば、成膜速度が遅いため、数μｍとなる比較的厚い薄膜を得ようとすると、時間がかかって所望の生産性を確保することができず、その上、高価な装置が必要になって製造コストの上昇が避けられない、という問題があった。
また、上記めっき法によれば、成膜速度が速いものの、電流密度のわずかの変動で薄膜組成、あるいは鉄イオンの２価と３価との存在比が変化し、抗磁界(Ｈｃ)が１kA/m以上となってしまい、良好な軟磁性を安定し得ることが極めて困難である、という問題があった。
また、上記パウダービーム法によれば、良好な軟磁性を有するフェライト薄膜を比較的高速で成膜できるものの、得られる薄膜の表面が荒く、その上、基板に対するダメージも大きい、という問題があった。
また、上記ゾル・ゲル法によれば、スピンコートでは１μｍ以上の膜厚を得ることが困難であり、一方、ディッピングでは膜厚分布が悪くなり、何れの場合も所望の厚さの薄膜を安定して得ることは困難である、という問題があった。また、このゾル・ゲル法によれば、結晶化させるために600℃以上でアニールしなければならず、工程増加、消費エネルギーの増加による製造コストの上昇が避けられない、という問題もあった。
さらに、上記プラズマＭＯＣＶＤ法によれば、減圧反応チャンバーを始め、気化器、高周波電源等を必要として装置が高価となり、コスト負担が大きい、という問題があった。
【０００８】
本発明は、上記した技術的背景に鑑みてなされたもので、その課題とするところは、フェライトのもつ良好な軟磁性を犠牲にすることなく、簡単な装置で所望の厚さの薄膜を効率よく形成でき、もって電子機器の小型・軽量化に大きく寄与するフェライト薄膜の製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、加熱された基板に、フェライトを構成する金属の硝酸塩を含む原料混合溶液を、キャリアガスを用いて噴霧ノズルより間欠的に噴霧するスプレー熱分解法によるフェライト薄膜の製造方法において、前記基板の温度を 400 ℃に設定すると共に、前記噴霧ノズルと前記基板との距離を 300 ｍｍに設定し、前記金属の硝酸塩を含む混合溶液として、 0.04 モルの Fe(NO 3 ) 3 、 0.012 モルの Zn(NO 3 ) 2 および 0.008 モルの Ni(NO 3 ) 2 を含有するものを選定して、該混合溶液を、圧縮空気をキャリアガスとして噴霧時間 0.5 秒、停止時間１秒のサイクルを繰返す間欠噴霧を行い、前記基板上に Ni 0.4 Zn 0.6 Fe 2 O 4 組成のＮｉ−Ｚｎフェライト薄膜を形成することを特徴とする。
本発明は、いわゆるスプレー熱分解法（Spray Pyrolysis Deposition:ＳＰＤ法）を利用するものであり、このＳＰＤ法においては、基板に到達した、原料化合物（金属硝酸塩、金属アルコキシド）を含む微小液滴が、溶媒の気化・蒸発に伴い凝縮し、その後、原料化合物の熱分解および化学反応が起こって目的物質（フェライト）の固相が析出して基板上に堆積し、薄膜が形成される。しかして、このＳＰＤ法は、アトマイザを含む簡単な装置を用いて大気中で実施可能であり、スパッタ法や蒸着法あるいはプラズマＭＯＣＶＤ法のように真空排気の必要がない分、設備コストにかかる費用が大幅に低減し、その上、操作が簡単で消費エネルギーも少なくて済む。また、原料の選択幅が広く、種々の組成系のフェライト薄膜の形成に適用でき、さらには、大面積の薄膜形成も可能になる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明に係るフェライト薄膜の製造方法を実行するスプレー熱分解装置（ＳＰＤ装置）を示したものである。同図において、１はスプレー槽であり、スプレー槽１は、ヒータを内蔵するホットプレート２を底板として、このホットプレート２上に枠体３を配置したオープン構造となっている。このスプレー槽１内のホットプレート２上には、フェライト薄膜の形成に用いる基板４を保持するホルダ５が載置されるようになっている。一方、スプレー槽１の上方には、噴霧ノズル６ａを下端に有するアトマイザ６が昇降可能に配置されており、このアトマイザ６には、原料混合溶液を貯留する溶液タンク７とキャリアガスとしての圧縮空気をつくるエアコンプレッサー８とが並列に配管接続されている。
前記各配管にはレギュレータ９、９が介装されており、アトマイザ６には、各レギュレータ９により設定された所定流量の原料混合溶液と圧縮空気とが供給されるようになっている。なお、溶液タンク７およびエアコンプレッサー８にはそれぞれ電磁開閉弁（図示略）が付設されており、これら電磁開閉弁は、図示を略すコントローラにより制御されるようになっている。
【００１４】
フェライト薄膜の製造に際しては、上記溶液タンク７内に、目的とするフェライトを構成する金属の硝酸塩または金属のアルコキシドを溶質として、この溶質を溶媒に加えた原料混合溶液を貯留しておく。また、スプレー槽１内のホットプレート２上にホルダ５と共に基板４を載せ、予めこの基板４を所定温度（300〜500℃）に加熱しておく。そして、前記準備完了後、アトマイザ６を、そのノズル６ａが基板４から所定の高さとなるように位置決めし、溶液タンク７およびエアコンプレッサー８に付設した図示を略す電磁開閉弁を開弁する。すると、アトマイザ６から基板４に向けて原料混合溶液が噴霧され、基板４上には、後述の成膜過程（図２）に従って薄膜が形成される。
【００１５】
ここで、基板４に原料混合溶液が噴霧されることで、基板４の温度がわずか（５〜１０℃程度）に低下する。そこで、本実施の形態においては、一定時間噴霧した後、一旦アトマイザ６からの噴霧を中止して基板４の温度回復を待ち、所定温度に基板４の温度が回復した後、アトマイザ６からの噴霧を再開し、このサイクルを所定回数繰返すようにする。
すなわち、間欠的な噴霧を行うが、この間欠的な噴霧は、図示を略すコントローラからの指令で溶液タンク７およびエアコンプレッサー８に付設した電磁開閉弁の開閉動作により行う。一例として噴霧時間0.5秒、停止時間１秒のサイクルを50〜600回繰返すようにする。これにより基板４の温度は一定に維持され、基板４上には、所定厚さを有しかつ良好な軟磁性を有するフェライト薄膜が形成される。
【００１６】
図２は、上記のように行った際の成膜過程を示したもので、原料混合溶液の噴霧により基板４上に原料化合物（金属硝酸塩、金属アルコキシド）を含む微小液滴Ｓ１が到達すると（○１）、この微小液滴Ｓ１中の溶媒が気化・蒸発して、溶質（原料化合物）が凝縮および乾燥して熱分解を起こし、基板４上には金属クラスターＳ２が析出する（○２。そして、この金属クラスターＳ２は、時間の経過とともに化学反応を起こして金属化合物クラスターＳ３に変化し（○３）、さらに、目的物質（フェライト）の固相が析出して基板４上に堆積し、薄膜Ｓ４が形成される（○４）。
【００１７】
ところで、ＳＰＤ法における液滴の変化過程は、図３に示すように基板４の温度の影響を大きく受ける。すなわち、アトマイザ６から噴霧された液滴Ｓは、基板４の温度が低い場合（Ａ）、溶媒の蒸発により小さくなるが、溶媒を含んだ状態で基板４に到達し、以降、溶媒が完全に蒸発して残った溶質が、上記成膜過程（図２）に従って熱分解、化学反応を起こし、薄膜Ｓ４（図２）が形成される。 これに対し、基板４の温度が上昇すると（Ｂ）、液滴Ｓから溶媒が蒸発して溶質が液相または固相Ｓａとして基板４に到達し、基板４上での熱分解、化学反応が不安定となって、所望の膜厚および磁気特性を有する薄膜の形成が困難となる。そして、基板４の温度がさらに上昇すると（Ｃ）、液滴Ｓから溶媒が蒸発することはもとより、溶質が固相または気相Ｓｂとして基板４に到達し、ＣＶＤと類似の機構で成膜が進行する。また、基板４の温度が著しく高い場合（Ｄ）は、溶媒の蒸発と溶質の気化とが急激に起こるため、前記固相または気相Ｓｂが熱分解して粉末Ｓｃとなって基板４上に堆積し、薄膜の形成は不可能となる。
本実施の形態は、上記基板４の温度が低い場合（Ａ）を理想として、ＳＰＤ法による成膜を確実かつ安定的に行わせようとするもので、前記したように基板４の温度を300〜500℃とすることで、所期の効果を上げている。
【００１８】
【参考例】
参考例１
図１に示したＳＰＤ装置を用い、基板４としてガラス基板（コーニング＃1737）を用意して、この基板４をホルダ５と共にホットプレート２上に載せると共に、このホットプレート２上の基板４からアトマイザ６のノズル６ａまでの距離を300mmに設定した。一方、金属硝酸塩としてのZn(NO3)2・6H2OとFe(NO3)3・9H2Oとを原料モル濃度0.02：0.04、0.2：0.4および0.002：0.004の割合で含む３種類の原料混合溶液を用意し、前記基板温度を400℃に保持しながら0.01MPaの圧縮空気をキャリアガスとして、噴霧時間0.5秒、停止時間１秒のサイクルを10回から800回繰返す間欠噴霧を行い、基板４上にZnFe2O4組成のＺｎフェライト薄膜を形成した。
そして、上記のように薄膜を形成した各試料ＮｏＡ１〜Ａ５について、膜厚を測定し、さらに、磁気特性の試験を行ってＢ−Ｈカーブを求めると共に、抗磁界Ｈｃ(A/m)を求めた。結果を図４および表１に示す。なお、図４は、Ｂ−Ｈカーブの縦軸に表わされる残留磁束Ｂを任意単位とした、いわゆるＭ−Ｈカーブとして示している。
【００１９】
【表１】
【００２０】
図４および表１に示す結果より、Zn(NO3)2・6H2OとFe(NO3)3・9H2Oとの原料モル濃度を0.002：0.004と低濃度に設定した原料混合溶液を噴霧して成膜した試料ＮｏＡ４、Ａ５は、ほとんど軟磁性を示さないか軟磁性が著しく悪化している。これに対し、同原料モル濃度を0.02：0.04または0.2：0.4に設定した試料ＮｏＡ１、Ａ２、Ａ３は抗磁界Ｈｃが、一般的な許容限界500A/mよりも十分小さい220A/m以下となっており、ヒステリシスがないか、またはほとんどない良好な軟磁性が得られている。
なお、本参考例では原料混合溶液として金属硝酸塩を使用した場合を示したが、金属硝酸塩のかわりにZn‐OR、Fe‐OR（Ｏ；酸素、Ｒ；アルキル基）の金属アルコキシドを用いることも可能である。
【００２１】
参考例２
図１に示したＳＰＤ装置を用い、参考例１と同様に、ホットプレート２上のガラス基板４からアトマイザ６のノズル６ａまでの距離を300mmに設定し、一方、金属硝酸塩としてのNi(NO3)2・6H2Oと、Zn(NO3)2・6H2OとFe(NO3)3・9H2Oとを原料モル濃度0.008：0.012：0.04の割合で含む原料混合溶液を用意し、基板温度を250〜550℃の範囲で種々に変化させながら0.01MPaの圧縮空気をキャリアガスとして、噴霧時間0.5秒、停止時間１秒のサイクルを50回から600回繰返す間欠噴霧を行い、基板４上にNi0.4Zn0.6Fe2O4組成のＮｉ−Ｚｎフェライト薄膜を形成した。
そして、上記のように薄膜を形成した各試料ＮｏＢ１〜Ｂ９について、膜厚を測定し、さらに、磁気特性の試験を行ってＢ−Ｈカーブを求めると共に、抗磁界Ｈｃ(A/m)を求めた。また、ＮｏＢ５およびＢ６については、Ｘ線回折を行って結晶構造を調査した。結果を図５、図６、図７および表２に示す。なお、図５は、Ｂ−Ｈカーブの縦軸に表わされる残留磁束Ｂを任意単位とした、いわゆるＭ−Ｈカーブとして示している。
【００２２】
【表２】
【００２３】
図５および表２に示す結果より、基板温度を300〜500℃に設定した試料ＮｏＢ１〜Ｂ５およびＢ７、Ｂ８は、抗磁界Ｈｃが180A/m以下となっており、ヒステリシスのない非常に良好な軟磁性が得られている。また、特に基板温度500℃で噴霧を500回繰返した試料ＮｏＢ８では、6.3μｍと厚い薄膜が得られており、その成膜速度はおよそ0.1μｍ/minであって、スパッタ法の成膜速度に比べておよそ10倍の大きさとなっている。これに対し、基板温度を250℃と低めに設定した試料ＮｏＢ６はほとんど軟磁性を示さず、一方、基板温度を550℃と高めに設定した試料ＮｏＢ９は、粉末が堆積して薄膜が形成されず、これより、基板温度を300〜500℃に設定することが、良好な軟磁性を有するフェライト薄膜を形成する上で極めて重要であることがわかった。
また、図６に示すＸ線回折結果より、基板温度を400℃に設定した試料ＮｏＢ５はＮｉ−Ｚｎフェライトの結晶構造であるスピネル構造を示しているが、基板温度を250℃に設定した試料ＮｏＢ６は、図７に示すように結晶化せず、アモルファス構造となっている。
なお、本参考例では原料混合溶液として金属硝酸塩を使用した場合を示したが、金属硝酸塩のかわりにNi‐OR、Zn‐OR、Fe‐OR（Ｏ；酸素、Ｒ；アルキル基）の金属アルコキシドを用いることも可能である。
【００２４】
【実施例】
実施例１
図１に示したＳＰＤ装置を用い、参考例１と同様に、ホットプレート２上のガラス基板４からアトマイザ６のノズル６ａまでの距離を300mmに設定し、一方、金属硝酸塩としてのNi(NO3)2・6H2Oと、Zn(NO3)2・6H2OとFe(NO3)3・9H2O とを原料モル濃度0.008：0.012：0.04の割合で含む原料混合溶液を用意し、基板温度を250〜550℃に種々に変化させながら0.01MPaの圧縮空気をキャリアガスとして、噴霧時間0.5秒、停止時間１秒のサイクルを125回繰返す間欠噴霧を行い、基板４上にNi0.4Zn0.6Fe2O4組成のＮｉ−Ｚｎフェライト薄膜を形成した。
そして、上記のように薄膜を形成した各試料について磁気特性の試験を行って飽和磁化Ｂｓを求め、飽和磁化Ｂｓに及ぼす基板温度の影響を調査した。結果を図８に示す。なお、図８は、縦軸に表わされる飽和磁化Ｂｓを任意単位としたＭｓとして示している。
【００２５】
図８に示す結果より、Ｎｉ−Ｚｎフェライト薄膜の飽和磁化Ｍｓ（Ｂｓ）は基板温度400℃をピークとして、それより基板温度が下がるほどまたは上がるほど低下する傾向にある。特に、基板温度を250℃と低めに設定し、あるいは550℃と高めに設定して形成した薄膜の飽和磁化Ｍｓ（Ｂｓ）は、基板温度を400℃に設定して形成した薄膜のそれと比べて0.2倍以下の低い値となり、上記実施例２と同様、基板温度を300〜500℃に設定することが、良好な磁気特性を有するフェライト薄膜を形成する上で極めて重要であることがわかった。
なお、本実施例では原料混合溶液として金属硝酸塩を使用した場合を示したが、金属硝酸塩のかわりにNi‐OR、Zn‐OR、Fe‐OR（Ｏ；酸素、Ｒ；アルキル基）の金属アルコキシドを用いることも可能である。
【００２６】
参考例３
図１に示したＳＰＤ装置を用い、参考例１と同様に、ホットプレート２上のガラス基板４からアトマイザ６のノズル６ａまでの距離を300mmに設定し、一方、金属硝酸塩としてのNi(NO3)2・6H2Oと、Zn(NO3)2・6H2OとFe(NO3)3・9H2Oとを、形成すべきＮｉ−Ｚｎフェライト薄膜における(Fe)2 と、Znと、Niとのイオン濃度比ａ：ｂ：ｃ（ただし、ａ＋ｂ＋ｃ＝１）が種々の割合となるように配合した原料混合溶液を用意し、基板温度を400℃に保持しながら0.01MPaの圧縮空気をキャリアガスとして、噴霧時間0.5秒、停止時間１秒のサイクルを125回繰返す間欠噴霧を行い、基板４上にNi0.4Zn0.6Fe2O4組成のＮｉ−Ｚｎフェライト薄膜を形成した。
そして、上記のように薄膜を形成した各試料ＮｏＢ１１〜Ｂ２６について磁気特性の試験を行って抗磁界Ｈｃ (A/m)を求めた結果を表３に記載し、480A/m以下の良好な抗磁界Ｈｃが得られる組成範囲を図９に示す。
【００２７】
【表３】
【００２８】
表３および図９に示す結果より、480A/m以下の良好な抗磁界Ｈｃを得るには、Ｎｉ−Ｚｎフェライト薄膜における(Fe)2 と、Znと、Niとのイオン濃度比ａ：ｂ：ｃが下記範囲となるように金属の硝酸塩すなわち、Ni(NO3)2・6H2Oと、Zn(NO3)2・6H2OとFe(NO3)3・9H2Oとを配合することが望ましいことがわかった。
0.30≦a≦0.70、 0.14≦b≦0.45、 0.08≦c≦0.38
なお、本参考例では原料混合溶液として金属硝酸塩を使用した場合を示したが、金属硝酸塩のかわりにNi‐OR、Zn‐OR、Fe‐OR（Ｏ；酸素、Ｒ；アルキル基）の金属アルコキシドを用いることも可能である。
【００２９】
参考例４
図１に示したＳＰＤ装置を用い、参考例１と同様に、ホットプレート２上のガラス基板４からアトマイザ６のノズル６ａまでの距離を300mmに設定し、一方、金属硝酸塩としてのMn(NO3)2・6H2Oと、Zn(NO3)2・6H2OとFe(NO3)3・9H2Oとを原料モル濃度0.01：0.01：0.04の割合で含む原料混合溶液を用意し、基板温度を350〜500℃の範囲で種々に変化させながら0.01MPaの圧縮空気をキャリアガスとして、噴霧時間0.5秒、停止時間１秒のサイクルを50回から230回繰返す間欠噴霧を行い、基板４上にMn0.5Zn0.5Fe2O4組成のＭｎ−Ｚｎフェライト薄膜を形成した。
そして、上記のように薄膜を形成した各試料ＮｏＣ１〜Ｃ４について、膜厚を測定し、さらに、磁気特性の試験を行ってＢ−Ｈカーブを求めると共に、抗磁界Ｈｃ(A/m)を求めた。結果を図１０および表４に示す。なお、図１０は、Ｂ−Ｈカーブの縦軸に表わされる残留磁束Ｂを任意単位とした、いわゆるＭ−Ｈカーブとして示している。
【００３０】
【表４】
【００３１】
図１０および表４に示す結果より、各試料ＮｏＣ１〜Ｃ４は、抗磁界Ｈｃが135A/m以下となっており、ヒステリシスのない非常に良好な軟磁性が得られている。
なお、本参考例では原料混合溶液として金属硝酸塩を使用した場合を示したが、金属硝酸塩のかわりにMn‐OR、Zn‐OR、Fe‐OR（Ｏ；酸素、Ｒ；アルキル基）の金属アルコキシドを用いることも可能である。
【００３２】
参考例５
図１に示したＳＰＤ装置を用い、参考例１と同様に、ホットプレート２上のガラス基板４からアトマイザ６のノズル６ａまでの距離を300mmに設定し、一方、金属硝酸塩としてのMn(NO3)2・6H2Oと、Zn(NO3)2・6H2OとFe(NO3)3・9H2Oとを、形成すべきＭｎ−Ｚｎフェライト薄膜における(Fe)2 、ZnおよびMnのイオン濃度比ａ：ｂ：ｃ（ただし、ａ＋ｂ＋ｃ＝１）が種々の割合となるように配合した原料混合溶液を用意し、基板温度を400℃に保持しながら0.01MPaの圧縮空気をキャリアガスとして、噴霧時間0.5秒、停止時間１秒のサイクルを125回繰返す間欠噴霧を行い、基板４上にMn0.5Zn0.5Fe2O4組成のＭｎ−Ｚｎフェライト薄膜を形成した。
そして、上記のように薄膜を形成した各試料ＮｏＣ１１〜Ｃ２５について磁気特性の試験を行って抗磁界Ｈｃ (A/m)を求めた結果を表５に記載し、480A/m以下の良好な抗磁界Ｈｃが得られる組成範囲を図１１に示す。
【００３３】
【表５】
【００３４】
表５および図１１に示す結果より、480A/m以下の良好な抗磁界Ｈｃを得るには、Ｍｎ−Ｚｎフェライト薄膜における(Fe)2 、ZnおよびMnのイオン濃度比ａ：ｂ：ｃが下記範囲となるように金属の硝酸塩、すなわちMn(NO3)2・6H2Oと、Zn(NO3)2・6H2OとFe(NO3)3・9H2Oとを配合することが望ましいことがわかった。
0.30≦a≦0.70、 0.15≦b≦0.38、 0.10≦c≦0.55
なお、本参考例では原料混合溶液として金属硝酸塩を使用した場合を示したが、金属硝酸塩のかわりにMn‐OR、Zn‐OR、Fe‐OR（Ｏ；酸素、Ｒ；アルキル基）の金属アルコキシドを用いることも可能である。
【００３５】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明に係るスプレー熱分解法によるフェライト薄膜の製造方法によれば、フェライトのもつ良好な軟磁性を犠牲にすることなく、簡単な装置で所望の厚さの薄膜を短時間で成膜することができ、電子機器の小型・軽量化に大きく寄与する効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るフェライト薄膜の製造方法を実行するスプレー熱分解装置の構造を示す模式図である。
【図２】 スプレー熱分解法における成膜機構を示す模式図である。
【図３】 スプレー熱分解法における液滴変化に及ぼす基板温度の影響を示す模式図である。
【図４】 参考例１により形成したＺｎフェライト薄膜のＭ−Ｈカーブを示すグラフである。
【図５】 参考例２により形成したＮｉ−Ｚｎフェライト薄膜のＭ−Ｈカーブを示すグラフである。
【図６】 参考例２により形成したＮｉ−Ｚｎフェライト薄膜のＸ線回折結果を示すグラフである。
【図７】 参考例２により形成したＮｉ−Ｚｎフェライト薄膜のＸ線回折結果を示すグラフである。
【図８】 実施例１により形成したＮｉ−Ｚｎフェライト薄膜の飽和磁化に及ぼす基板温度の影響を示すグラフである。
【図９】 参考例３により求めたＮｉ−Ｚｎフェライト薄膜における(Fe)2 、ZnおよびNiの適正イオン濃度範囲を示す状態図である。
【図１０】 参考例４により形成したＭｎ−Ｚｎフェライト薄膜のＭ−Ｈカーブを示すグラフである。
【図１１】 参考例４により求めたＭｎ−Ｚｎフェライト薄膜における(Fe)2 、ZnおよびNiの適正イオン濃度範囲を示す状態図である。
【符号の説明】
１ スプレー槽
２ ホットプレート
４ 基板
５ ホルダ
６ アトマイザ
７ 溶液タンク
８ エアコンプレッサー
【発明の属する技術分野】
本発明は、トランス、インダクタ、ＥＭＩ対策部品などに用いられる軟磁性材料、特にフェライト薄膜を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体集積回路技術の飛躍的な発展によるマルチメディア化に伴い、携帯電話、ノートブックパソコン、電子手帳等のモバイル機器の普及には目覚しいものがある。そして、これら携帯機器では、電池を駆動源としており、多種多様なデバイスを駆動するため、電池の単一電圧をＤＣ−ＤＣコンバータにより昇圧、降圧して各デバイスに供給するようにしている。一方、これら携帯機器の高機能化、小型化、軽量化が進む中、前記ＤＣ−ＤＣコンバータに対する小型・軽量化の要求もますます厳しくなっており、これに伴って前記コンバータ用トランスやインダクタなどの軟磁性部品の薄膜化が推し進められている。
【０００３】
また、近年、電子機器の信号の伝達に用いられる周波数はますます高周波化される傾向にあり、これに伴って機器システムから発生する電磁エネルギーが電圧、電流変動として電線を伝わり、あるいは電磁波として空間を伝播し、他の機器システムに受信障害や機器の誤作動を引き起こすことがある。このため、機器システムとしては、できるだけ妨害波を放出せず、しかも他からの妨害波が進入しても障害を起こさないように電磁的な耐性を有する必要があり、いわゆるＥＭＩ対策部品の使用が増えつつある。そして、このＥＭＩ対策部品についても、小型・軽量化が求められており、その薄膜化が推し進められている。
【０００４】
ところで従来、上記したトランス、インダクタ、ＥＭＩ対策部品などに用いられる薄膜磁性部品としては、スパッタ法により比較的容易に成膜できるところから、Ｎｉ−Ｆｅ系、Ｃｏ−Ｚｎ−Ｎｂ系などの金属磁性薄膜が一般に用いられていた。しかし、この金属磁性薄膜は、通常、インダクタンスを大きくとる必要があるため、数μｍと比較的厚く形成しなけばならず、このように厚膜とした場合は、その電気伝導度が高くなって、高周波領域で渦電流損失が生じ易くなり、これに起因して軟磁性特性が極端に悪化してしまう、という問題があった。
【０００５】
一方、電気伝導度が低く、高周波領域においても優れた軟磁性を有する軟磁性材料としてフェライトが知られており、このフェライトを、上記したトランス、インダクタ等の薄膜磁性部品として用いることにより、小型、軽量でしかも高周波領域での使用にも耐える電気機器が実現することになる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来、フェライトの成膜に関しては確立した技術がなく、例えば、汎用のスパッタ法、蒸着法、めっき法を始め、高流速のガスをキャリアガスとしてフェライト微粒子を基板に吹付けるパウダービーム法、スピンコートまたはディッピングによりゾル・ゲルを塗布するゾル・ゲル法、原料ガスをプラズマ化して基板にフェライトを積層形成するプラズマＭＯＣＶＤ法（特開平０８−１３８９３４号公報、特開平０８−３３５５１４号公報等）など、種々の方法が試行錯誤的に実施されている。
【０００７】
しかしながら、上記スパッタ法や蒸着法によれば、成膜速度が遅いため、数μｍとなる比較的厚い薄膜を得ようとすると、時間がかかって所望の生産性を確保することができず、その上、高価な装置が必要になって製造コストの上昇が避けられない、という問題があった。
また、上記めっき法によれば、成膜速度が速いものの、電流密度のわずかの変動で薄膜組成、あるいは鉄イオンの２価と３価との存在比が変化し、抗磁界(Ｈｃ)が１kA/m以上となってしまい、良好な軟磁性を安定し得ることが極めて困難である、という問題があった。
また、上記パウダービーム法によれば、良好な軟磁性を有するフェライト薄膜を比較的高速で成膜できるものの、得られる薄膜の表面が荒く、その上、基板に対するダメージも大きい、という問題があった。
また、上記ゾル・ゲル法によれば、スピンコートでは１μｍ以上の膜厚を得ることが困難であり、一方、ディッピングでは膜厚分布が悪くなり、何れの場合も所望の厚さの薄膜を安定して得ることは困難である、という問題があった。また、このゾル・ゲル法によれば、結晶化させるために600℃以上でアニールしなければならず、工程増加、消費エネルギーの増加による製造コストの上昇が避けられない、という問題もあった。
さらに、上記プラズマＭＯＣＶＤ法によれば、減圧反応チャンバーを始め、気化器、高周波電源等を必要として装置が高価となり、コスト負担が大きい、という問題があった。
【０００８】
本発明は、上記した技術的背景に鑑みてなされたもので、その課題とするところは、フェライトのもつ良好な軟磁性を犠牲にすることなく、簡単な装置で所望の厚さの薄膜を効率よく形成でき、もって電子機器の小型・軽量化に大きく寄与するフェライト薄膜の製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、加熱された基板に、フェライトを構成する金属の硝酸塩を含む原料混合溶液を、キャリアガスを用いて噴霧ノズルより間欠的に噴霧するスプレー熱分解法によるフェライト薄膜の製造方法において、前記基板の温度を 400 ℃に設定すると共に、前記噴霧ノズルと前記基板との距離を 300 ｍｍに設定し、前記金属の硝酸塩を含む混合溶液として、 0.04 モルの Fe(NO 3 ) 3 、 0.012 モルの Zn(NO 3 ) 2 および 0.008 モルの Ni(NO 3 ) 2 を含有するものを選定して、該混合溶液を、圧縮空気をキャリアガスとして噴霧時間 0.5 秒、停止時間１秒のサイクルを繰返す間欠噴霧を行い、前記基板上に Ni 0.4 Zn 0.6 Fe 2 O 4 組成のＮｉ−Ｚｎフェライト薄膜を形成することを特徴とする。
本発明は、いわゆるスプレー熱分解法（Spray Pyrolysis Deposition:ＳＰＤ法）を利用するものであり、このＳＰＤ法においては、基板に到達した、原料化合物（金属硝酸塩、金属アルコキシド）を含む微小液滴が、溶媒の気化・蒸発に伴い凝縮し、その後、原料化合物の熱分解および化学反応が起こって目的物質（フェライト）の固相が析出して基板上に堆積し、薄膜が形成される。しかして、このＳＰＤ法は、アトマイザを含む簡単な装置を用いて大気中で実施可能であり、スパッタ法や蒸着法あるいはプラズマＭＯＣＶＤ法のように真空排気の必要がない分、設備コストにかかる費用が大幅に低減し、その上、操作が簡単で消費エネルギーも少なくて済む。また、原料の選択幅が広く、種々の組成系のフェライト薄膜の形成に適用でき、さらには、大面積の薄膜形成も可能になる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明に係るフェライト薄膜の製造方法を実行するスプレー熱分解装置（ＳＰＤ装置）を示したものである。同図において、１はスプレー槽であり、スプレー槽１は、ヒータを内蔵するホットプレート２を底板として、このホットプレート２上に枠体３を配置したオープン構造となっている。このスプレー槽１内のホットプレート２上には、フェライト薄膜の形成に用いる基板４を保持するホルダ５が載置されるようになっている。一方、スプレー槽１の上方には、噴霧ノズル６ａを下端に有するアトマイザ６が昇降可能に配置されており、このアトマイザ６には、原料混合溶液を貯留する溶液タンク７とキャリアガスとしての圧縮空気をつくるエアコンプレッサー８とが並列に配管接続されている。
前記各配管にはレギュレータ９、９が介装されており、アトマイザ６には、各レギュレータ９により設定された所定流量の原料混合溶液と圧縮空気とが供給されるようになっている。なお、溶液タンク７およびエアコンプレッサー８にはそれぞれ電磁開閉弁（図示略）が付設されており、これら電磁開閉弁は、図示を略すコントローラにより制御されるようになっている。
【００１４】
フェライト薄膜の製造に際しては、上記溶液タンク７内に、目的とするフェライトを構成する金属の硝酸塩または金属のアルコキシドを溶質として、この溶質を溶媒に加えた原料混合溶液を貯留しておく。また、スプレー槽１内のホットプレート２上にホルダ５と共に基板４を載せ、予めこの基板４を所定温度（300〜500℃）に加熱しておく。そして、前記準備完了後、アトマイザ６を、そのノズル６ａが基板４から所定の高さとなるように位置決めし、溶液タンク７およびエアコンプレッサー８に付設した図示を略す電磁開閉弁を開弁する。すると、アトマイザ６から基板４に向けて原料混合溶液が噴霧され、基板４上には、後述の成膜過程（図２）に従って薄膜が形成される。
【００１５】
ここで、基板４に原料混合溶液が噴霧されることで、基板４の温度がわずか（５〜１０℃程度）に低下する。そこで、本実施の形態においては、一定時間噴霧した後、一旦アトマイザ６からの噴霧を中止して基板４の温度回復を待ち、所定温度に基板４の温度が回復した後、アトマイザ６からの噴霧を再開し、このサイクルを所定回数繰返すようにする。
すなわち、間欠的な噴霧を行うが、この間欠的な噴霧は、図示を略すコントローラからの指令で溶液タンク７およびエアコンプレッサー８に付設した電磁開閉弁の開閉動作により行う。一例として噴霧時間0.5秒、停止時間１秒のサイクルを50〜600回繰返すようにする。これにより基板４の温度は一定に維持され、基板４上には、所定厚さを有しかつ良好な軟磁性を有するフェライト薄膜が形成される。
【００１６】
図２は、上記のように行った際の成膜過程を示したもので、原料混合溶液の噴霧により基板４上に原料化合物（金属硝酸塩、金属アルコキシド）を含む微小液滴Ｓ１が到達すると（○１）、この微小液滴Ｓ１中の溶媒が気化・蒸発して、溶質（原料化合物）が凝縮および乾燥して熱分解を起こし、基板４上には金属クラスターＳ２が析出する（○２。そして、この金属クラスターＳ２は、時間の経過とともに化学反応を起こして金属化合物クラスターＳ３に変化し（○３）、さらに、目的物質（フェライト）の固相が析出して基板４上に堆積し、薄膜Ｓ４が形成される（○４）。
【００１７】
ところで、ＳＰＤ法における液滴の変化過程は、図３に示すように基板４の温度の影響を大きく受ける。すなわち、アトマイザ６から噴霧された液滴Ｓは、基板４の温度が低い場合（Ａ）、溶媒の蒸発により小さくなるが、溶媒を含んだ状態で基板４に到達し、以降、溶媒が完全に蒸発して残った溶質が、上記成膜過程（図２）に従って熱分解、化学反応を起こし、薄膜Ｓ４（図２）が形成される。 これに対し、基板４の温度が上昇すると（Ｂ）、液滴Ｓから溶媒が蒸発して溶質が液相または固相Ｓａとして基板４に到達し、基板４上での熱分解、化学反応が不安定となって、所望の膜厚および磁気特性を有する薄膜の形成が困難となる。そして、基板４の温度がさらに上昇すると（Ｃ）、液滴Ｓから溶媒が蒸発することはもとより、溶質が固相または気相Ｓｂとして基板４に到達し、ＣＶＤと類似の機構で成膜が進行する。また、基板４の温度が著しく高い場合（Ｄ）は、溶媒の蒸発と溶質の気化とが急激に起こるため、前記固相または気相Ｓｂが熱分解して粉末Ｓｃとなって基板４上に堆積し、薄膜の形成は不可能となる。
本実施の形態は、上記基板４の温度が低い場合（Ａ）を理想として、ＳＰＤ法による成膜を確実かつ安定的に行わせようとするもので、前記したように基板４の温度を300〜500℃とすることで、所期の効果を上げている。
【００１８】
【参考例】
参考例１
図１に示したＳＰＤ装置を用い、基板４としてガラス基板（コーニング＃1737）を用意して、この基板４をホルダ５と共にホットプレート２上に載せると共に、このホットプレート２上の基板４からアトマイザ６のノズル６ａまでの距離を300mmに設定した。一方、金属硝酸塩としてのZn(NO3)2・6H2OとFe(NO3)3・9H2Oとを原料モル濃度0.02：0.04、0.2：0.4および0.002：0.004の割合で含む３種類の原料混合溶液を用意し、前記基板温度を400℃に保持しながら0.01MPaの圧縮空気をキャリアガスとして、噴霧時間0.5秒、停止時間１秒のサイクルを10回から800回繰返す間欠噴霧を行い、基板４上にZnFe2O4組成のＺｎフェライト薄膜を形成した。
そして、上記のように薄膜を形成した各試料ＮｏＡ１〜Ａ５について、膜厚を測定し、さらに、磁気特性の試験を行ってＢ−Ｈカーブを求めると共に、抗磁界Ｈｃ(A/m)を求めた。結果を図４および表１に示す。なお、図４は、Ｂ−Ｈカーブの縦軸に表わされる残留磁束Ｂを任意単位とした、いわゆるＭ−Ｈカーブとして示している。
【００１９】
【表１】
図４および表１に示す結果より、Zn(NO3)2・6H2OとFe(NO3)3・9H2Oとの原料モル濃度を0.002：0.004と低濃度に設定した原料混合溶液を噴霧して成膜した試料ＮｏＡ４、Ａ５は、ほとんど軟磁性を示さないか軟磁性が著しく悪化している。これに対し、同原料モル濃度を0.02：0.04または0.2：0.4に設定した試料ＮｏＡ１、Ａ２、Ａ３は抗磁界Ｈｃが、一般的な許容限界500A/mよりも十分小さい220A/m以下となっており、ヒステリシスがないか、またはほとんどない良好な軟磁性が得られている。
なお、本参考例では原料混合溶液として金属硝酸塩を使用した場合を示したが、金属硝酸塩のかわりにZn‐OR、Fe‐OR（Ｏ；酸素、Ｒ；アルキル基）の金属アルコキシドを用いることも可能である。
【００２１】
参考例２
図１に示したＳＰＤ装置を用い、参考例１と同様に、ホットプレート２上のガラス基板４からアトマイザ６のノズル６ａまでの距離を300mmに設定し、一方、金属硝酸塩としてのNi(NO3)2・6H2Oと、Zn(NO3)2・6H2OとFe(NO3)3・9H2Oとを原料モル濃度0.008：0.012：0.04の割合で含む原料混合溶液を用意し、基板温度を250〜550℃の範囲で種々に変化させながら0.01MPaの圧縮空気をキャリアガスとして、噴霧時間0.5秒、停止時間１秒のサイクルを50回から600回繰返す間欠噴霧を行い、基板４上にNi0.4Zn0.6Fe2O4組成のＮｉ−Ｚｎフェライト薄膜を形成した。
そして、上記のように薄膜を形成した各試料ＮｏＢ１〜Ｂ９について、膜厚を測定し、さらに、磁気特性の試験を行ってＢ−Ｈカーブを求めると共に、抗磁界Ｈｃ(A/m)を求めた。また、ＮｏＢ５およびＢ６については、Ｘ線回折を行って結晶構造を調査した。結果を図５、図６、図７および表２に示す。なお、図５は、Ｂ−Ｈカーブの縦軸に表わされる残留磁束Ｂを任意単位とした、いわゆるＭ−Ｈカーブとして示している。
【００２２】
【表２】
図５および表２に示す結果より、基板温度を300〜500℃に設定した試料ＮｏＢ１〜Ｂ５およびＢ７、Ｂ８は、抗磁界Ｈｃが180A/m以下となっており、ヒステリシスのない非常に良好な軟磁性が得られている。また、特に基板温度500℃で噴霧を500回繰返した試料ＮｏＢ８では、6.3μｍと厚い薄膜が得られており、その成膜速度はおよそ0.1μｍ/minであって、スパッタ法の成膜速度に比べておよそ10倍の大きさとなっている。これに対し、基板温度を250℃と低めに設定した試料ＮｏＢ６はほとんど軟磁性を示さず、一方、基板温度を550℃と高めに設定した試料ＮｏＢ９は、粉末が堆積して薄膜が形成されず、これより、基板温度を300〜500℃に設定することが、良好な軟磁性を有するフェライト薄膜を形成する上で極めて重要であることがわかった。
また、図６に示すＸ線回折結果より、基板温度を400℃に設定した試料ＮｏＢ５はＮｉ−Ｚｎフェライトの結晶構造であるスピネル構造を示しているが、基板温度を250℃に設定した試料ＮｏＢ６は、図７に示すように結晶化せず、アモルファス構造となっている。
なお、本参考例では原料混合溶液として金属硝酸塩を使用した場合を示したが、金属硝酸塩のかわりにNi‐OR、Zn‐OR、Fe‐OR（Ｏ；酸素、Ｒ；アルキル基）の金属アルコキシドを用いることも可能である。
【００２４】
【実施例】
実施例１
図１に示したＳＰＤ装置を用い、参考例１と同様に、ホットプレート２上のガラス基板４からアトマイザ６のノズル６ａまでの距離を300mmに設定し、一方、金属硝酸塩としてのNi(NO3)2・6H2Oと、Zn(NO3)2・6H2OとFe(NO3)3・9H2O とを原料モル濃度0.008：0.012：0.04の割合で含む原料混合溶液を用意し、基板温度を250〜550℃に種々に変化させながら0.01MPaの圧縮空気をキャリアガスとして、噴霧時間0.5秒、停止時間１秒のサイクルを125回繰返す間欠噴霧を行い、基板４上にNi0.4Zn0.6Fe2O4組成のＮｉ−Ｚｎフェライト薄膜を形成した。
そして、上記のように薄膜を形成した各試料について磁気特性の試験を行って飽和磁化Ｂｓを求め、飽和磁化Ｂｓに及ぼす基板温度の影響を調査した。結果を図８に示す。なお、図８は、縦軸に表わされる飽和磁化Ｂｓを任意単位としたＭｓとして示している。
【００２５】
図８に示す結果より、Ｎｉ−Ｚｎフェライト薄膜の飽和磁化Ｍｓ（Ｂｓ）は基板温度400℃をピークとして、それより基板温度が下がるほどまたは上がるほど低下する傾向にある。特に、基板温度を250℃と低めに設定し、あるいは550℃と高めに設定して形成した薄膜の飽和磁化Ｍｓ（Ｂｓ）は、基板温度を400℃に設定して形成した薄膜のそれと比べて0.2倍以下の低い値となり、上記実施例２と同様、基板温度を300〜500℃に設定することが、良好な磁気特性を有するフェライト薄膜を形成する上で極めて重要であることがわかった。
なお、本実施例では原料混合溶液として金属硝酸塩を使用した場合を示したが、金属硝酸塩のかわりにNi‐OR、Zn‐OR、Fe‐OR（Ｏ；酸素、Ｒ；アルキル基）の金属アルコキシドを用いることも可能である。
【００２６】
参考例３
図１に示したＳＰＤ装置を用い、参考例１と同様に、ホットプレート２上のガラス基板４からアトマイザ６のノズル６ａまでの距離を300mmに設定し、一方、金属硝酸塩としてのNi(NO3)2・6H2Oと、Zn(NO3)2・6H2OとFe(NO3)3・9H2Oとを、形成すべきＮｉ−Ｚｎフェライト薄膜における(Fe)2 と、Znと、Niとのイオン濃度比ａ：ｂ：ｃ（ただし、ａ＋ｂ＋ｃ＝１）が種々の割合となるように配合した原料混合溶液を用意し、基板温度を400℃に保持しながら0.01MPaの圧縮空気をキャリアガスとして、噴霧時間0.5秒、停止時間１秒のサイクルを125回繰返す間欠噴霧を行い、基板４上にNi0.4Zn0.6Fe2O4組成のＮｉ−Ｚｎフェライト薄膜を形成した。
そして、上記のように薄膜を形成した各試料ＮｏＢ１１〜Ｂ２６について磁気特性の試験を行って抗磁界Ｈｃ (A/m)を求めた結果を表３に記載し、480A/m以下の良好な抗磁界Ｈｃが得られる組成範囲を図９に示す。
【００２７】
【表３】
表３および図９に示す結果より、480A/m以下の良好な抗磁界Ｈｃを得るには、Ｎｉ−Ｚｎフェライト薄膜における(Fe)2 と、Znと、Niとのイオン濃度比ａ：ｂ：ｃが下記範囲となるように金属の硝酸塩すなわち、Ni(NO3)2・6H2Oと、Zn(NO3)2・6H2OとFe(NO3)3・9H2Oとを配合することが望ましいことがわかった。
0.30≦a≦0.70、 0.14≦b≦0.45、 0.08≦c≦0.38
なお、本参考例では原料混合溶液として金属硝酸塩を使用した場合を示したが、金属硝酸塩のかわりにNi‐OR、Zn‐OR、Fe‐OR（Ｏ；酸素、Ｒ；アルキル基）の金属アルコキシドを用いることも可能である。
【００２９】
参考例４
図１に示したＳＰＤ装置を用い、参考例１と同様に、ホットプレート２上のガラス基板４からアトマイザ６のノズル６ａまでの距離を300mmに設定し、一方、金属硝酸塩としてのMn(NO3)2・6H2Oと、Zn(NO3)2・6H2OとFe(NO3)3・9H2Oとを原料モル濃度0.01：0.01：0.04の割合で含む原料混合溶液を用意し、基板温度を350〜500℃の範囲で種々に変化させながら0.01MPaの圧縮空気をキャリアガスとして、噴霧時間0.5秒、停止時間１秒のサイクルを50回から230回繰返す間欠噴霧を行い、基板４上にMn0.5Zn0.5Fe2O4組成のＭｎ−Ｚｎフェライト薄膜を形成した。
そして、上記のように薄膜を形成した各試料ＮｏＣ１〜Ｃ４について、膜厚を測定し、さらに、磁気特性の試験を行ってＢ−Ｈカーブを求めると共に、抗磁界Ｈｃ(A/m)を求めた。結果を図１０および表４に示す。なお、図１０は、Ｂ−Ｈカーブの縦軸に表わされる残留磁束Ｂを任意単位とした、いわゆるＭ−Ｈカーブとして示している。
【００３０】
【表４】
図１０および表４に示す結果より、各試料ＮｏＣ１〜Ｃ４は、抗磁界Ｈｃが135A/m以下となっており、ヒステリシスのない非常に良好な軟磁性が得られている。
なお、本参考例では原料混合溶液として金属硝酸塩を使用した場合を示したが、金属硝酸塩のかわりにMn‐OR、Zn‐OR、Fe‐OR（Ｏ；酸素、Ｒ；アルキル基）の金属アルコキシドを用いることも可能である。
【００３２】
参考例５
図１に示したＳＰＤ装置を用い、参考例１と同様に、ホットプレート２上のガラス基板４からアトマイザ６のノズル６ａまでの距離を300mmに設定し、一方、金属硝酸塩としてのMn(NO3)2・6H2Oと、Zn(NO3)2・6H2OとFe(NO3)3・9H2Oとを、形成すべきＭｎ−Ｚｎフェライト薄膜における(Fe)2 、ZnおよびMnのイオン濃度比ａ：ｂ：ｃ（ただし、ａ＋ｂ＋ｃ＝１）が種々の割合となるように配合した原料混合溶液を用意し、基板温度を400℃に保持しながら0.01MPaの圧縮空気をキャリアガスとして、噴霧時間0.5秒、停止時間１秒のサイクルを125回繰返す間欠噴霧を行い、基板４上にMn0.5Zn0.5Fe2O4組成のＭｎ−Ｚｎフェライト薄膜を形成した。
そして、上記のように薄膜を形成した各試料ＮｏＣ１１〜Ｃ２５について磁気特性の試験を行って抗磁界Ｈｃ (A/m)を求めた結果を表５に記載し、480A/m以下の良好な抗磁界Ｈｃが得られる組成範囲を図１１に示す。
【００３３】
【表５】
表５および図１１に示す結果より、480A/m以下の良好な抗磁界Ｈｃを得るには、Ｍｎ−Ｚｎフェライト薄膜における(Fe)2 、ZnおよびMnのイオン濃度比ａ：ｂ：ｃが下記範囲となるように金属の硝酸塩、すなわちMn(NO3)2・6H2Oと、Zn(NO3)2・6H2OとFe(NO3)3・9H2Oとを配合することが望ましいことがわかった。
0.30≦a≦0.70、 0.15≦b≦0.38、 0.10≦c≦0.55
なお、本参考例では原料混合溶液として金属硝酸塩を使用した場合を示したが、金属硝酸塩のかわりにMn‐OR、Zn‐OR、Fe‐OR（Ｏ；酸素、Ｒ；アルキル基）の金属アルコキシドを用いることも可能である。
【００３５】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明に係るスプレー熱分解法によるフェライト薄膜の製造方法によれば、フェライトのもつ良好な軟磁性を犠牲にすることなく、簡単な装置で所望の厚さの薄膜を短時間で成膜することができ、電子機器の小型・軽量化に大きく寄与する効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るフェライト薄膜の製造方法を実行するスプレー熱分解装置の構造を示す模式図である。
【図２】 スプレー熱分解法における成膜機構を示す模式図である。
【図３】 スプレー熱分解法における液滴変化に及ぼす基板温度の影響を示す模式図である。
【図４】 参考例１により形成したＺｎフェライト薄膜のＭ−Ｈカーブを示すグラフである。
【図５】 参考例２により形成したＮｉ−Ｚｎフェライト薄膜のＭ−Ｈカーブを示すグラフである。
【図６】 参考例２により形成したＮｉ−Ｚｎフェライト薄膜のＸ線回折結果を示すグラフである。
【図７】 参考例２により形成したＮｉ−Ｚｎフェライト薄膜のＸ線回折結果を示すグラフである。
【図８】 実施例１により形成したＮｉ−Ｚｎフェライト薄膜の飽和磁化に及ぼす基板温度の影響を示すグラフである。
【図９】 参考例３により求めたＮｉ−Ｚｎフェライト薄膜における(Fe)2 、ZnおよびNiの適正イオン濃度範囲を示す状態図である。
【図１０】 参考例４により形成したＭｎ−Ｚｎフェライト薄膜のＭ−Ｈカーブを示すグラフである。
【図１１】 参考例４により求めたＭｎ−Ｚｎフェライト薄膜における(Fe)2 、ZnおよびNiの適正イオン濃度範囲を示す状態図である。
【符号の説明】
１ スプレー槽
２ ホットプレート
４ 基板
５ ホルダ
６ アトマイザ
７ 溶液タンク
８ エアコンプレッサー
Claims (2)
- 加熱された基板に、フェライトを構成する金属の硝酸塩を含む原料混合溶液をキャリアガスを用いて噴霧ノズルより間欠的に噴霧するスプレー熱分解法によるフェライト薄膜の製造方法において、前記基板の温度を400℃に設定すると共に、前記噴霧ノズルと前記基板との距離を300ｍｍに設定し、前記金属の硝酸塩を含む混合溶液として、0.04モルのFe(NO3)3 、0.012モルのZn(NO3)2 および0.008モルのNi(NO3)2 を含有するものを選定して、該混合溶液を、圧縮空気をキャリアガスとして噴霧時間0.5秒、停止時間１秒のサイクルを繰返す間欠噴霧を行い、前記基板上にNi0.4Zn0.6Fe2O4組成のＮｉ−Ｚｎフェライト薄膜を形成することを特徴とするスプレー熱分解法によるＮｉ−Ｚｎフェライト薄膜の製造方法。
- 前記圧縮空気の圧力が0.01MPaであることを特徴とする請求項１に記載のスプレー熱分解法によるＮｉ−Ｚｎフェライト薄膜の製造方法。
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