JP5010429B2 - 磁性材料、アンテナデバイスおよび磁性材料の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明の実施の形態に係る磁性材料は、表面を有する基板と、長手方向が前記基板の表面に対して垂直方向を向いた複数の柱状体、および前記柱状体の間隙に形成された無機絶縁体を有する複合磁性膜と、前記基板と前記複合磁性膜の間に形成され、前記複合磁性膜と同一の構成元素を具備するバッファ層とを有する。
本発明に係る磁性材料に用いる、表面を有する基板は、例えばSiO2、Al2O3、MgOのような無機材料、ポリイミドのような樹脂やプラスチック、ガラスやSiなどを用いることができる。また、導電性の低い基材の表面に絶縁体の層を設けた基板を用いることができるが、特に、これらに限定されるものではない。
高周波領域における磁気特性において重要であるのは、透磁率の実部μ’と虚部μ”である。特にμ”が高周波領域まで小さいことは、アンテナなどへの応用を考える際に重要である。μ”の低減には、共鳴周波数の高周波化、高抵抗化、渦電流損の低減など、いくつかの方法が考えられるが、渦電流損の低減は効果的な方法のひとつである。ここで、「高周波領域」とは100MHz以上の周波数帯域をいう。
D = 4×S/Ltotal
例えば、図2に示す角柱体の場合、
Ltotal=L1+L2+L3+L4+L5+L6
であるため、平均粒径は
D = 4×S/(L1+L2+L3+L4+L5+L6)
で求められる。
= H/D
ここで「柱状体の高さ」とは柱状体の長手方向の軸長の平均値、例えば図2においてはHの平均値を意味する。また、「柱状体の平均粒径」とは上述の通り求めた値(D)を採用することができる。
柱状体をアモルファスにするには、例えばBなどの元素を添加すればよい。
無機絶縁体は、室温で1×102Ω・cm以上の絶縁抵抗を有することが好ましい。
Sr、Zn、Mn、Hf、および希土類元素(Yを含む)から選ばれる金属の酸化物、窒
化物、炭化物およびフッ化物の群から選ばれる少なくとも1つを含有する。特に、絶縁体はSiO2、Al2O3、MgOから選ばれる酸化物から作られることが好ましい。
この高周波領域用の複合磁性膜は、基板の表面に平行な面内の最小異方性磁界をHk1、最大異方性磁界をHk2とする場合に、Hk2/Hk1≧3、Hk2≧3.98×103A/mの、面内一軸異方性を有することを特徴とする。
バッファ層5は、基板1の種類やバッファ層の形成用部材の組成やその構成比率に応じて、磁性体粒子とそれを取り囲む絶縁体(以下、磁性体粒子とそれを取り囲む絶縁体を「バッファ層形成粒子」という)が複数個基板1の上に配列して構成される場合と、このような構成は採らずに層状構造となる場合とがあると考えられる。しかし、いずれにしても、バッファ層5は複合磁性膜と同一の元素で構成される。
複合磁性膜の磁気異方性は、典型的には単位柱状体同士が基板表面に平行な面内において強く磁気的に結合している構造と、単位柱状体構造が基板表面に平行な面内において形状異方性を有する構造とが挙げられる。形状異方性は、例えば結晶配向と柱状体の異方性がある。
磁場の印加方向を基板の表面に平行な面内で変化させた時に、このようにして求められるHkの中で、最大のものをHk1、最小のものをHk2とする。
0}に配向した複数の柱状体の配向領域は直径100nm以下の大きさ、これら配向領域
が集合された集合領域は直径1μm以上の大きさで、この結晶面が揃った集合領域内で結
晶方位が等方的に分散した構成を有する。
本発明の実施形態に係る磁性材料は、例えば次の方法により製造することができる。すなわち、図5に示すように、基板上にバッファ層の形成用部材を堆積して堆積層を形成させる第1の成膜工程(S1)と、前記第1の成膜工程により堆積層が形成された基板を静置させることにより複合磁性膜と同一の構成元素を有するバッファ層を形成するバッファ層形成工程(S2)と、前記バッファ層を形成させた後に前記バッファ層上に前記複合磁性膜を形成する第2の成膜工程(S3)と、を有することを特徴とする磁性材料の製造方法である。
第1の成膜工程は、基板上にバッファ層の形成用部材を堆積し、バッファ層の出発部材となる、堆積層を形成させる工程である。この第1の成膜工程は、スパッタリング法、電子ビーム蒸着法等で成膜することにより形成することができる。例えば、図6(A)から図6(B)に示すように堆積層6が形成される。堆積層6の厚みは上述の通り、例えば成膜時間を制御して数nmに制御すればよい。
第1の成膜工程の後に行うバッファ層形成工程は、第1の成膜工程と第2の成膜工程との間に、例えば当該成膜操作を中断することにより複合磁性膜と同一の構成元素を有するバッファ層を形成することができる。
第2の成膜工程は、基板上に形成したバッファ層上に複合磁性膜を形成させる工程である。第2の成膜工程(S3)も、第1の成膜工程(S1)同様、例えば基板上に複合磁性膜をスパッタリング法、電子ビーム蒸着法等で成膜することにより複合磁性膜を形成することができる。例えば、図6(C)に示すバッファ層5の上に図6(D)に示す複合磁性膜2が形成されるような構造になる。
本発明に係る実施形態にかかるアンテナデバイスは、前述した磁性材料を含むアンテナ基板と、このアンテナ基板の主面近傍に配置されたアンテナとを備える構造を有する。ここで、アンテナ基板の主面近傍に配置されたアンテナとは、アンテナ基板の主面に外装樹脂層またはスペーサのような中間部材を配置し、アンテナをこの中間部材を介してアンテナ基板の主面に配置することを意味する。
基板としてSiO2を用いた。基板は前処理としてアルコール洗浄後、乾燥したものを用いた。
複合磁性膜は、透過型電子顕微鏡により膜の断面観察を行った。実施例1に関しては、平均粒径5nmの複数の柱状体が基板上にその長手方向が概ね基板表面に垂直になるように混在され、かつ約1乃至3nmの距離の無機酸化物が各柱状体間に存在する形態を有することを確認した。
μ’とμ”は、超高周波透磁率測定装置(凌和電子製PMM−9G1)を使い、1MHzから9GHzの範囲で、面内困難軸方向に励磁して測定を行った。具体的には、試料容易軸方向に2kOeの直流磁場を印加した時(バックグラウンド測定に相当)と印加しない時とのそれぞれの状態において、面内困難軸方向に励磁して測定を行い、両者の誘起電圧、インピーダンス測定値から透磁率を評価した。評価には、1GHzにおけるμ'/μ”の値を用いた。
更に、密着性を評価するために、膜にテープを貼り付け、1分の後、剥がす試験を行った。
バッファ層の形成用部材として((Fe70Co30)90B10)90−(SiO2)10の代わりに(Fe70Co30)90−(SiO2)10を用いた以外は実施例1と同様の方法で磁性材料を得た。
バッファ層形成工程において、膜厚が5nmとなったところで成膜操作を中断した代わりに、膜厚が0.1nmで中断した以外は実施例1と同様の方法で磁性材料を得た。
バッファ層形成工程において、膜厚が5nmとなったところで成膜操作を中断した代わりに、膜厚が10nmで中断した以外は実施例1と同様の方法で磁性材料を得た。
バッファ層の形成用部材として((Fe70Co30)90B10)90−(SiO2)10の代わりに(Fe70Co30)90−(Al2O3)10を用いた以外は実施例1と同様の方法で磁性材料を得た。
バッファ層の形成用部材として((Fe70Co30)90B10)90−(SiO2)10の代わりに(Fe70Co30)90−(MgO)10を用いた以外は実施例1と同様の方法で磁性材料を得た。
バッファ層形成工程において、膜厚が5nmとなったところで成膜操作を中断した代わりに、膜厚が0.08nmで中断した以外は実施例1と同様の方法で磁性材料を得た。
バッファ層形成工程において、膜厚が5nmとなったところで成膜操作を中断した代わりに、膜厚が0.08nmで中断した以外は実施例2と同様の方法で磁性材料を得た。
バッファ層形成工程において、膜厚が5nmとなったところで成膜操作を中断した代わりに、膜厚が50nmで中断した以外は実施例1と同様の方法で磁性材料を得た。
バッファ層形成工程において、膜厚が5nmとなったところで成膜操作を中断した代わりに、膜厚が50nmで中断した以外は実施例2と同様の方法で磁性材料を得た。
バッファ層を形成しなかった以外は実施例1と同様の方法で磁性材料を得た。
バッファ層を形成しなかった以外は実施例2と同様の方法で磁性材料を得た。
2…複合磁性膜
3…柱状体(円柱状態)
4…無機絶縁体
5・・・バッファ層
5a、5b、5c、5d、5e、5f・・・バッファ層形成粒子
6・・・バッファ層の形成用部材の堆積層
11・・・配向領域
12・・・集合領域
S・・・柱状体の断面積
L1、L2、L3、L4、L5、L6・・・柱状体の各辺の長さ
Claims (6)
- 表面を有する基板と、
長手方向がこの基板の表面に対して垂直方向を向いた複数のアモルファスである柱状体、およびこの柱状体の間隙に形成された無機絶縁体を有する複合磁性膜と、
前記基板と前記複合磁性膜の間に形成され、前記複合磁性膜と同一の構成元素を有するバッファ層と、
を具備することを特徴とする磁性材料。 - 前記バッファ層は、その厚みが0.1nm以上10nm以下であることを特徴とする請求項1に記載の磁性材料。
- 前記柱状体は、Feを含有し、かつ前記絶縁体相がSiO2、Al2O3、MgOの群から選ばれる酸化物を含有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の磁性材料。
- 表面を有する基板と、
この基板の表面上に形成され、バッファ層の形成用部材を堆積した後に前記基板を静置することにより形成される、複合磁性膜と同一の構成元素を有するバッファ層と、
このバッファ層上に形成される前記複合磁性膜と、
を具備することを特徴とする磁性材料。 - 請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の磁性材料を含むアンテナ基板と、
このアンテナ基板の主面近傍に配置されたアンテナと、
を有することを特徴とするアンテナデバイス。 - 表面を有する基板上にバッファ層の形成用部材を堆積して堆積層を形成させる第1の成膜工程と、
前記第1の成膜工程により堆積層が形成された基板を静置させることにより複合磁性膜と同一の構成元素を有するバッファ層を形成するバッファ層形成工程と、
前記バッファ層を形成させた後に前記バッファ層上に前記複合磁性膜を形成する第2の成膜工程と、
を有することを特徴とする磁性材料の製造方法。
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