JPH01231304A - 鉄−窒素系磁性薄膜及びその製造方法 - Google Patents
鉄−窒素系磁性薄膜及びその製造方法Info
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- JPH01231304A JPH01231304A JP5802588A JP5802588A JPH01231304A JP H01231304 A JPH01231304 A JP H01231304A JP 5802588 A JP5802588 A JP 5802588A JP 5802588 A JP5802588 A JP 5802588A JP H01231304 A JPH01231304 A JP H01231304A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は磁性薄膜及びその製造方法に係わり、特に高い
飽和磁束密度を有する鉄−窒素系磁性薄膜及びその製造
方法に関する。
飽和磁束密度を有する鉄−窒素系磁性薄膜及びその製造
方法に関する。
磁気記録の高密度化の要請は益々高度化し、特に、磁気
記録媒体を厚さ方向に磁化する垂直磁気記録方式では、
膜面に垂直方向に磁気異方性(磁化容易軸)を有する強
磁性膜を表面にもった磁気記録媒体と、この記録媒体に
対して強い垂直成分磁界を発生する磁気記録ヘッドが必
要となる。この磁気記録ヘッドで急峻な分布をなす垂直
成分磁界を得るには、記録媒体に対面する磁気コアの先
端部には磁束密度が非常に高くなるので、磁気コアの磁
性薄膜としては、磁気異方性が強く、飽和磁束密度が高
く、高透磁率で、かつ保磁力のより小さいものが要求さ
れる。
記録媒体を厚さ方向に磁化する垂直磁気記録方式では、
膜面に垂直方向に磁気異方性(磁化容易軸)を有する強
磁性膜を表面にもった磁気記録媒体と、この記録媒体に
対して強い垂直成分磁界を発生する磁気記録ヘッドが必
要となる。この磁気記録ヘッドで急峻な分布をなす垂直
成分磁界を得るには、記録媒体に対面する磁気コアの先
端部には磁束密度が非常に高くなるので、磁気コアの磁
性薄膜としては、磁気異方性が強く、飽和磁束密度が高
く、高透磁率で、かつ保磁力のより小さいものが要求さ
れる。
この磁性薄膜として、従来はパーマロイ、センダストあ
るいは非晶質系磁性合金等が用いられたが、高飽和磁束
密度を有する磁性材料として鉄(Fe)を主成分とした
ものが知られている。
るいは非晶質系磁性合金等が用いられたが、高飽和磁束
密度を有する磁性材料として鉄(Fe)を主成分とした
ものが知られている。
しかしながら、これらの磁性薄膜は、スパッタリング、
蒸着等の従来の薄膜形成技術を用いて薄膜を形成させた
場合は、多結晶薄膜が形成され、その膜面に垂直な柱状
結晶構造となり、柱状結晶構造の境界で磁化を動きに<
<シ、保磁力を大きくしていた。
蒸着等の従来の薄膜形成技術を用いて薄膜を形成させた
場合は、多結晶薄膜が形成され、その膜面に垂直な柱状
結晶構造となり、柱状結晶構造の境界で磁化を動きに<
<シ、保磁力を大きくしていた。
この飽和磁束密度のさらに高い磁性体として、純Fe及
びFeCo合金があり、特に純Feの窒化物中のFe1
.J成分は2.8T (テスラ)という巨大飽和磁束密
度をもつことが、「窒化鉄薄膜の磁性(第10回日本応
用磁気学会学術講演概要集、1986年11月第296
頁)」にも記載されているが、まだ高濃度のFe1.N
2薄膜は得られていない。
びFeCo合金があり、特に純Feの窒化物中のFe1
.J成分は2.8T (テスラ)という巨大飽和磁束密
度をもつことが、「窒化鉄薄膜の磁性(第10回日本応
用磁気学会学術講演概要集、1986年11月第296
頁)」にも記載されているが、まだ高濃度のFe1.N
2薄膜は得られていない。
また、特開昭60−132305号公報に示されるよう
に、窒化鉄を含む鉄−窒素系磁性体からなる主磁性体膜
と、比較的低保磁力で磁歪の小さい軟質磁性体からなる
中間磁性体膜とを積層構造にした積層磁性体膜が得られ
ている。この積層磁性体膜中の窒化鉄は、純鉄の飽和磁
束密度2.2Tを越える高飽和磁束密度であり、1.5
〜30e(エルステッド)の低い保磁力となっている。
に、窒化鉄を含む鉄−窒素系磁性体からなる主磁性体膜
と、比較的低保磁力で磁歪の小さい軟質磁性体からなる
中間磁性体膜とを積層構造にした積層磁性体膜が得られ
ている。この積層磁性体膜中の窒化鉄は、純鉄の飽和磁
束密度2.2Tを越える高飽和磁束密度であり、1.5
〜30e(エルステッド)の低い保磁力となっている。
しかしながら、前記の積層磁性体膜中の窒化鉄の相構成
は、F e 、 N (F els Nzも含む)の占
める割合が50X子%以上であるが、その他にα−Fe
、Fe、Nが多量に含まれており、これらα−Fe、F
e、Nの混在の割合が多くなると飽和磁束密度が低くな
り、保磁力も大きくなる傾向があるため、このFe、N
の高飽和磁束密度の効果が十分に発揮されていない。ま
た、この窒化鉄は単結晶でないため、保磁力も大きい値
となっている。
は、F e 、 N (F els Nzも含む)の占
める割合が50X子%以上であるが、その他にα−Fe
、Fe、Nが多量に含まれており、これらα−Fe、F
e、Nの混在の割合が多くなると飽和磁束密度が低くな
り、保磁力も大きくなる傾向があるため、このFe、N
の高飽和磁束密度の効果が十分に発揮されていない。ま
た、この窒化鉄は単結晶でないため、保磁力も大きい値
となっている。
このように、従来の鉄−窒素系磁性薄膜では、鉄−窒素
系材料のFa原子とN原子の原子対の異方性について考
慮されておらず、その原子対の異方性に応じて生じる磁
気異方性を得る点について配慮されていなかった。また
、原子対の配列を制御する方法もなかった。
系材料のFa原子とN原子の原子対の異方性について考
慮されておらず、その原子対の異方性に応じて生じる磁
気異方性を得る点について配慮されていなかった。また
、原子対の配列を制御する方法もなかった。
本発明の目的は、Fe−N原子対と、Fe−Fe原子対
の配列を制御して形成される高飽和磁束密度でかつ低保
磁力の鉄−窒素系磁性薄膜及びその製造方法を提供する
ことにある。
の配列を制御して形成される高飽和磁束密度でかつ低保
磁力の鉄−窒素系磁性薄膜及びその製造方法を提供する
ことにある。
上記目的を達成するために、本発明の鉄−窒素系磁性薄
膜においては、鉄原子及び窒素原子の原子対と、鉄原子
及び鉄原子の原子対との2種の原子対の配列に異方性を
有し、かつ鉄対窒素が8対1の原子比を有する単結晶か
らなる磁性薄膜である。
膜においては、鉄原子及び窒素原子の原子対と、鉄原子
及び鉄原子の原子対との2種の原子対の配列に異方性を
有し、かつ鉄対窒素が8対1の原子比を有する単結晶か
らなる磁性薄膜である。
前記磁性薄膜の飽和磁束密度は、2.2Tを越えるもの
で、高密度磁気記録用磁性薄膜として有効である。
で、高密度磁気記録用磁性薄膜として有効である。
そして1本発明の鉄−窒素系磁性薄膜の製造方法として
は、窒素ガス雰囲気中で、加熱した基板面上に、その基
板の結晶方位と平行方向に磁場を印加した状態で、鉄原
子及び窒素原子の原子対と、鉄原子及び鉄原子の原子対
との2種の原子対を、蒸着により配列させてエピタキシ
ー成長させ、鉄対窒素の原子比が8対1の磁性薄膜を形
成させる方法である。
は、窒素ガス雰囲気中で、加熱した基板面上に、その基
板の結晶方位と平行方向に磁場を印加した状態で、鉄原
子及び窒素原子の原子対と、鉄原子及び鉄原子の原子対
との2種の原子対を、蒸着により配列させてエピタキシ
ー成長させ、鉄対窒素の原子比が8対1の磁性薄膜を形
成させる方法である。
この時に用いる基板は、基板の原子対の長さと、前記2
種の原子対の長さとの差が±10%以内であればより効
果的に磁性薄膜を製造できる。
種の原子対の長さとの差が±10%以内であればより効
果的に磁性薄膜を製造できる。
また、この基板を、200〜400℃に加熱することに
より、鉄−窒素系磁性薄膜の製造がより効果的になる。
より、鉄−窒素系磁性薄膜の製造がより効果的になる。
蒸着を行うときの窒素ガス雰囲気の窒素ガス分圧を、l
Xl0−” 〜lXl0″″”Torrに調節すること
により、鉄−窒素系磁性薄膜を効率よく製造できる。
Xl0−” 〜lXl0″″”Torrに調節すること
により、鉄−窒素系磁性薄膜を効率よく製造できる。
そして、蒸着速度を、0.1〜100Å/sとすること
により、鉄−窒素系磁性薄膜をより効果的に製造できる
。
により、鉄−窒素系磁性薄膜をより効果的に製造できる
。
上記のように構成された鉄−窒素系磁性薄膜では、 F
e (鉄)−N(窒素)原子対とFe−Fe原子対が異
方性をもって配列した構造になっているので、Fe−1
NJfi子対の方向では、Feの結晶格子間にN原子が
侵入型に存在するため、Feの結晶格子間距離が特定方
向に伸びて、Fa−Np子対の隣合ったFe[子のスピ
ン間の交換相互作用がFe−Fe原子対よりも強くなっ
ており、そのため、その薄膜には磁気異方性が形成され
、飽和磁束密度が高くなる。また、その薄膜のFe対N
の原子比が8対1であるためFe5N (Fe1@N8
も含む)が形成されて、高い飽和磁束強度が得られると
ともに、他の窒化鉄を含まないので飽和磁束密度が低下
することがなく保磁力も上昇しない、さらに、この磁性
薄膜が単結晶からなるので、磁化の動きが粒界で妨げら
れることがなく、磁化が粒内を小さな磁界で動けるので
保磁力が小さくなる。
e (鉄)−N(窒素)原子対とFe−Fe原子対が異
方性をもって配列した構造になっているので、Fe−1
NJfi子対の方向では、Feの結晶格子間にN原子が
侵入型に存在するため、Feの結晶格子間距離が特定方
向に伸びて、Fa−Np子対の隣合ったFe[子のスピ
ン間の交換相互作用がFe−Fe原子対よりも強くなっ
ており、そのため、その薄膜には磁気異方性が形成され
、飽和磁束密度が高くなる。また、その薄膜のFe対N
の原子比が8対1であるためFe5N (Fe1@N8
も含む)が形成されて、高い飽和磁束強度が得られると
ともに、他の窒化鉄を含まないので飽和磁束密度が低下
することがなく保磁力も上昇しない、さらに、この磁性
薄膜が単結晶からなるので、磁化の動きが粒界で妨げら
れることがなく、磁化が粒内を小さな磁界で動けるので
保磁力が小さくなる。
この磁性薄膜の飽和磁束密度が純鉄の飽和磁束密度であ
る2、2Tを越えることにより、高密度磁気記録用磁性
材料として有効に作用する。
る2、2Tを越えることにより、高密度磁気記録用磁性
材料として有効に作用する。
そして、鉄−窒素系磁性薄膜の製造方法では、窒素ガス
雰囲気中で、加熱した基板面上に、純Feを蒸着するの
で、Fe対Nの原子比が8対1の薄膜が形成される。さ
らに、基板の結晶方位と平行方向に磁場を印加すると、
その方向にFe−N原子対が、垂直方向にFe−Fe原
子対が配列して、その面内で磁気異方性が生じる。また
、基板面上に蒸着してFe−N系薄膜をエピタキシー成
長させるので、単結晶が形成される。これにより、磁気
異方性を有する単結晶のFe−N系薄膜を作製すること
ができる。
雰囲気中で、加熱した基板面上に、純Feを蒸着するの
で、Fe対Nの原子比が8対1の薄膜が形成される。さ
らに、基板の結晶方位と平行方向に磁場を印加すると、
その方向にFe−N原子対が、垂直方向にFe−Fe原
子対が配列して、その面内で磁気異方性が生じる。また
、基板面上に蒸着してFe−N系薄膜をエピタキシー成
長させるので、単結晶が形成される。これにより、磁気
異方性を有する単結晶のFe−N系薄膜を作製すること
ができる。
ここで、エピタキシー成長させるための基板は、基板の
原子対の長さと、Fe−N原子対とFe−Fe原子対の
2種の原子対の長さとの差が±10%以内のものを用い
ることにより、単結晶を作製する上により効果的である
。
原子対の長さと、Fe−N原子対とFe−Fe原子対の
2種の原子対の長さとの差が±10%以内のものを用い
ることにより、単結晶を作製する上により効果的である
。
窒素ガス雰囲気中で基板上に蒸着して、Fa対Nが8対
1の原子比の薄膜を作製するには、基板を200〜40
0℃に保持し、N、ガス分圧を1×10′″”〜I X
10−”Torrに調節し、蒸着速度を0.1〜10
0Å/sに制御するのが望ましい。
1の原子比の薄膜を作製するには、基板を200〜40
0℃に保持し、N、ガス分圧を1×10′″”〜I X
10−”Torrに調節し、蒸着速度を0.1〜10
0Å/sに制御するのが望ましい。
基板の温度が200℃未満では、F’e対Nは8対1に
ならず、Fe4N、Fe、N等が生じ、さらに単結晶に
なりにくいため飽和磁束密度が低下する。400℃を越
えると、Feと基板との反応により化合物が生じ、さら
に単結晶になりにくい。
ならず、Fe4N、Fe、N等が生じ、さらに単結晶に
なりにくいため飽和磁束密度が低下する。400℃を越
えると、Feと基板との反応により化合物が生じ、さら
に単結晶になりにくい。
窒素ガス分圧がI X 10−”Torr未満では、N
が少な過ぎて窒化鉄ができにくくなる。また、IX 1
0−” To’rrを越えると、Nが高くなってFe4
N、Fe、N等が生じ易くなり、Fe、Nとなりにくい
。
が少な過ぎて窒化鉄ができにくくなる。また、IX 1
0−” To’rrを越えると、Nが高くなってFe4
N、Fe、N等が生じ易くなり、Fe、Nとなりにくい
。
蒸着速度が0.1Å/s未満では、薄膜の製造が遅すぎ
て、工業生産上無理である。100Å/sを越えると、
Fe、N膜が一方向に成長せずに多結晶的になり、その
結晶粒界にFe4N、Fe3Nが生成してFe対Nの原
子比が8対1にならなくなる。
て、工業生産上無理である。100Å/sを越えると、
Fe、N膜が一方向に成長せずに多結晶的になり、その
結晶粒界にFe4N、Fe3Nが生成してFe対Nの原
子比が8対1にならなくなる。
本発明の実施例について、第1〜第8図により説明する
0本発明の薄膜中のFe−N原子対及びF e −F
e JJW子対の異方性配列をより完全にして結晶粒界
等の乱れのない、単結晶に近いFe−N系磁性薄膜を作
製するものである。
0本発明の薄膜中のFe−N原子対及びF e −F
e JJW子対の異方性配列をより完全にして結晶粒界
等の乱れのない、単結晶に近いFe−N系磁性薄膜を作
製するものである。
まず、鉄の窒化物のうちα−Feの結晶構造は、第2図
に示すような体心立方品(BCC)構造であり、x印の
原子間位置にN原子が入る可能性がある。N原子がx印
の位置に入ることによってFe−Fe原子対の距離が伸
び、FsN原子スピン間の結合力が変化するため、飽和
磁束密度(Bs)の値が変化することが知られているm
F e N系材料に磁気異方性を生じさせるために
は、N原子の入る位置(×印)を人工的に制御する必要
がある。しかし、上述したように、第2図のα−Feの
構造が欠陥、転位1粒界等により乱れている場合には、
N原子位置も一義的に決まらず、全体としてFe−N原
子対の異方性は消えてしまう。上記従来技術では、簿膜
が多結晶質であり、単結晶に関する配慮がされていない
ため、Fe−N原子対の異方性は消失していると考えら
れる。従って、第1図に示すようなF e −N原子対
を作るためには、Fe−N系薄膜をエピタキシー成長さ
せることによる方法が最も簡単であると考えられる。
に示すような体心立方品(BCC)構造であり、x印の
原子間位置にN原子が入る可能性がある。N原子がx印
の位置に入ることによってFe−Fe原子対の距離が伸
び、FsN原子スピン間の結合力が変化するため、飽和
磁束密度(Bs)の値が変化することが知られているm
F e N系材料に磁気異方性を生じさせるために
は、N原子の入る位置(×印)を人工的に制御する必要
がある。しかし、上述したように、第2図のα−Feの
構造が欠陥、転位1粒界等により乱れている場合には、
N原子位置も一義的に決まらず、全体としてFe−N原
子対の異方性は消えてしまう。上記従来技術では、簿膜
が多結晶質であり、単結晶に関する配慮がされていない
ため、Fe−N原子対の異方性は消失していると考えら
れる。従って、第1図に示すようなF e −N原子対
を作るためには、Fe−N系薄膜をエピタキシー成長さ
せることによる方法が最も簡単であると考えられる。
第1図では、Fe−N−Fe・・・・・・の方向と垂直
にFe−Fe−Fe・・・・・・原子が配列している。
にFe−Fe−Fe・・・・・・原子が配列している。
前者のFe−N原子対方向では、Fe原子の原子間距離
がα−Feに比べ伸びる。また、第1図のように、Fe
−NJM子対とFe−Fe原子対の方向が垂直である場
合には、この原子面内において磁気異方性が生じる。第
1図の配列は、第2図の構造から考えると、Fe (1
00)、(110)、 (111)等の面内において、
N原子がFeの原子間位置(侵入位置)に規則配列する
ことによって実現することができる。従って、これらの
面がある特定の基板面にエピタキシー成長しなからN原
子が規則配列すれば、−軸磁気異方性をもつ薄膜を得る
ことができる。またFe−N原子対方向は。
がα−Feに比べ伸びる。また、第1図のように、Fe
−NJM子対とFe−Fe原子対の方向が垂直である場
合には、この原子面内において磁気異方性が生じる。第
1図の配列は、第2図の構造から考えると、Fe (1
00)、(110)、 (111)等の面内において、
N原子がFeの原子間位置(侵入位置)に規則配列する
ことによって実現することができる。従って、これらの
面がある特定の基板面にエピタキシー成長しなからN原
子が規則配列すれば、−軸磁気異方性をもつ薄膜を得る
ことができる。またFe−N原子対方向は。
Fe−N原子対の隣合ったFe原子のスピン間の交換相
互作用がFe−Fe原子対よりも強くなる。
互作用がFe−Fe原子対よりも強くなる。
従って、膜作製中に、ある特定方向に磁場を印加すれば
、Fa−NyK子対がFe−Fe原子対よりも安定に磁
場方向に配列する。そこで、本発明は、膜作製中の印加
磁界によって、原子対の異方性配列による磁気異方性を
生み出すことが可能となったものである。
、Fa−NyK子対がFe−Fe原子対よりも安定に磁
場方向に配列する。そこで、本発明は、膜作製中の印加
磁界によって、原子対の異方性配列による磁気異方性を
生み出すことが可能となったものである。
本発明の実施例の詳細について説明する。
Fe−N系薄膜をエピタキシー成長させるため。
高真空蒸着装置を用いて、FettNxガス雰囲気中で
蒸着した。膜作製条件は、第1表に示すように蒸着前の
到達真空度はI X 10−’Torr以下であり、そ
の後、成長室内にN、 (純度99.99%以上)ガス
を入れた。
蒸着した。膜作製条件は、第1表に示すように蒸着前の
到達真空度はI X 10−’Torr以下であり、そ
の後、成長室内にN、 (純度99.99%以上)ガス
を入れた。
第 1 表
用いた基板はGaAs単結晶で、その基板を200〜4
00℃に加熱し、上記高真空蒸着装置の電子ビーム熱源
によりFeを蒸着した。その時の蒸着速度は0.1〜1
00Å/sであった。
00℃に加熱し、上記高真空蒸着装置の電子ビーム熱源
によりFeを蒸着した。その時の蒸着速度は0.1〜1
00Å/sであった。
第1表の膜作成条件のうち、基板温度、N2ガス分圧、
蒸着速度のそれぞれの条件範囲で蒸着することにより、
Fe対Nの原子比が8対1の薄膜が得られる。なお、上
記の蒸着速度は蒸着装置の電子ビームのフィラメント電
圧をl0KVとした場合、電流を1〜10mAに調節す
ることにより制御できる。蒸着中は、膜表面をRHEE
Dによ、ってl1lt察し、膜が単結晶であることを確
認した。
蒸着速度のそれぞれの条件範囲で蒸着することにより、
Fe対Nの原子比が8対1の薄膜が得られる。なお、上
記の蒸着速度は蒸着装置の電子ビームのフィラメント電
圧をl0KVとした場合、電流を1〜10mAに調節す
ることにより制御できる。蒸着中は、膜表面をRHEE
Dによ、ってl1lt察し、膜が単結晶であることを確
認した。
ここで、RHEEDは反射電子線回折であって、被検体
表面に低角度で電子線を入射し1反射した電子線をスク
リーンに投影して、そのスクリーンに現れるパターンに
より、被検体表面の凹凸を調べる回折法である。被検体
が単結晶の場合は蒸着面は平らになり、スクリーンには
ストリークパターンがあられれる。
表面に低角度で電子線を入射し1反射した電子線をスク
リーンに投影して、そのスクリーンに現れるパターンに
より、被検体表面の凹凸を調べる回折法である。被検体
が単結晶の場合は蒸着面は平らになり、スクリーンには
ストリークパターンがあられれる。
また、膜のX線回折により、第1表に示す条件で作成し
た薄膜には、原子間距離の1/4毎にピークが現われて
、Fe1.N、(004)であることを示すパターンが
観察された。
た薄膜には、原子間距離の1/4毎にピークが現われて
、Fe1.N、(004)であることを示すパターンが
観察された。
次に、第3図は、基板としてGaAs(001)及びS
i (001)の単結晶基板を用いた時の容易磁化方向
のB−H曲線であり、Si (001)のB−H曲線6
とGaAs (001)のB−H曲線7を示す。GaA
s単結晶を用いた場合には、保磁力Hcは約0.100
となり、軟磁気特性を示した。また飽和磁束密度Bsは
約2.5Tであり、Fe単位膜のBs2.2Tよりも高
いBsを示した。
i (001)の単結晶基板を用いた時の容易磁化方向
のB−H曲線であり、Si (001)のB−H曲線6
とGaAs (001)のB−H曲線7を示す。GaA
s単結晶を用いた場合には、保磁力Hcは約0.100
となり、軟磁気特性を示した。また飽和磁束密度Bsは
約2.5Tであり、Fe単位膜のBs2.2Tよりも高
いBsを示した。
またGaAs(001)上に蒸着したFe−N系薄膜は
、第4図のようなり−H曲線となり、磁化容易軸方向の
B−H曲線8と磁化困難軸方向のB−H曲線9を示す、
困難軸方向では、Hcは約0゜020eとなり一軸異方
性膜が得られた。
、第4図のようなり−H曲線となり、磁化容易軸方向の
B−H曲線8と磁化困難軸方向のB−H曲線9を示す、
困難軸方向では、Hcは約0゜020eとなり一軸異方
性膜が得られた。
第1表の膜作製条件を用いて、Fe−N系薄膜を種々の
基板上に作製した。基板の格子定数と得られたFe−N
系薄膜の面内磁化容易軸方向の保磁力を第5図に示す。
基板上に作製した。基板の格子定数と得られたFe−N
系薄膜の面内磁化容易軸方向の保磁力を第5図に示す。
薄膜作製中のRHEEDパターンがスポット、あるいは
ストリークパターンを示した膜は、Heも小さく0.2
0e以下であった。即ち、Si、GaAs、Ge、βM
n、asn等が良好であった。またこれらのF e −
N系薄膜のX線回折パターンの観測結果から(200)
回折ピークの半値幅は第6図に示すように、Heの小さ
い膜で半値幅が1.0度以下であり、結晶性がよい。す
なわち単結晶であることを裏づけでいる。ここで、半値
幅とは、X線回折でθ走査により得られる強度曲線にお
いて、その曲線のピークの半値(50%)におけるピー
ク部の幅(角度)のことで、この半値幅の値が小さい程
単結晶に近いことをあられす。
ストリークパターンを示した膜は、Heも小さく0.2
0e以下であった。即ち、Si、GaAs、Ge、βM
n、asn等が良好であった。またこれらのF e −
N系薄膜のX線回折パターンの観測結果から(200)
回折ピークの半値幅は第6図に示すように、Heの小さ
い膜で半値幅が1.0度以下であり、結晶性がよい。す
なわち単結晶であることを裏づけでいる。ここで、半値
幅とは、X線回折でθ走査により得られる強度曲線にお
いて、その曲線のピークの半値(50%)におけるピー
ク部の幅(角度)のことで、この半値幅の値が小さい程
単結晶に近いことをあられす。
Fe−N原子対を作りながらエピタキシー成長させるた
めには、基板の原子間距離とFe−N−Fe原子間距離
がほぼ等しくなければならない。
めには、基板の原子間距離とFe−N−Fe原子間距離
がほぼ等しくなければならない。
一般にエピタキシー成長するためには、成長膜と基板の
原子間距離差は約3%以内とされている。
原子間距離差は約3%以内とされている。
しかしFe−N系薄膜の場合、第6図に示すように約1
0Å以下の原子間距離差のある基板でも半値幅(Δθ、
。)の小さい膜が得られ、Fe−N系薄膜がこの原子間
距離(格子定数)をもつ基板上でエピタキシー成長する
ことがわかった。第6図のFe−N系薄膜は、第1表に
示すような作製条件を用いて作製した薄膜であり、原子
間距離が±10%以内の基板を用いた場合の反射電子線
回折(RHEED)パターンは、ストリークパターンで
あることを確認しており、Fe−N系薄膜が単層成長し
ながら磁場の印加方向に平行にFe−N原子対を形成し
、単結晶が作製されることがわかった。
0Å以下の原子間距離差のある基板でも半値幅(Δθ、
。)の小さい膜が得られ、Fe−N系薄膜がこの原子間
距離(格子定数)をもつ基板上でエピタキシー成長する
ことがわかった。第6図のFe−N系薄膜は、第1表に
示すような作製条件を用いて作製した薄膜であり、原子
間距離が±10%以内の基板を用いた場合の反射電子線
回折(RHEED)パターンは、ストリークパターンで
あることを確認しており、Fe−N系薄膜が単層成長し
ながら磁場の印加方向に平行にFe−N原子対を形成し
、単結晶が作製されることがわかった。
RHEEDパターンから、Fe−N系薄膜の成長初期(
膜厚約10Å以下)では、Fe−N系薄膜は核発生・成
長機構により成長し、10Å以上の膜厚で単層成長する
ことが観察された。上記Fa−N原子対の第1図のよう
な異方性配列は、膜厚10Å以上の単層成長過程で得ら
れる。
膜厚約10Å以下)では、Fe−N系薄膜は核発生・成
長機構により成長し、10Å以上の膜厚で単層成長する
ことが観察された。上記Fa−N原子対の第1図のよう
な異方性配列は、膜厚10Å以上の単層成長過程で得ら
れる。
Fe−N系材料は、Fe、Nに近い原子比率の場合、飽
和磁束密度(Bs)が約2.5〜2.6Tになることが
知られている。この高Bsの原因は、第2図に示す侵入
位置(×印)にN原子が入ることによって、Feの原子
間距離が特定方向に伸びるためであり、第1図ではFe
−N方向がBsのより高くなる状態である。従って、膜
形成中にFe−N対を形成したい方向に磁場を印加すれ
ば、Fe−N原子対が磁場方向に優先配列し、磁気異方
性をもつ膜が得られる。
和磁束密度(Bs)が約2.5〜2.6Tになることが
知られている。この高Bsの原因は、第2図に示す侵入
位置(×印)にN原子が入ることによって、Feの原子
間距離が特定方向に伸びるためであり、第1図ではFe
−N方向がBsのより高くなる状態である。従って、膜
形成中にFe−N対を形成したい方向に磁場を印加すれ
ば、Fe−N原子対が磁場方向に優先配列し、磁気異方
性をもつ膜が得られる。
第7図は、GaAs(001)単結晶基板上にFe−N
系薄膜を成長させる場合に、膜面内に磁場を印加したと
きの、膜の異方性磁界HKと印加磁界(H)との関係を
示す。HKは印加磁界の増加と共に増加し、300eの
印加磁界で0.390eとなる。Hにの増加は、Fe−
NJM子対0異方性配列が進むためであり、RHEED
パターンからもFe−N対の異方性配列が確認できた。
系薄膜を成長させる場合に、膜面内に磁場を印加したと
きの、膜の異方性磁界HKと印加磁界(H)との関係を
示す。HKは印加磁界の増加と共に増加し、300eの
印加磁界で0.390eとなる。Hにの増加は、Fe−
NJM子対0異方性配列が進むためであり、RHEED
パターンからもFe−N対の異方性配列が確認できた。
第8図は、GaAs(001)面に垂直に100eの磁
場を印加した場合のF e −N系薄膜のB−H曲線で
ある。垂直方向にFe−N原子対が優先配列する為に、
垂直方向が磁化容易軸方向となる。また、Bsは第4図
の場合と同様に約2.5Tであった。
場を印加した場合のF e −N系薄膜のB−H曲線で
ある。垂直方向にFe−N原子対が優先配列する為に、
垂直方向が磁化容易軸方向となる。また、Bsは第4図
の場合と同様に約2.5Tであった。
上記実施例から、Bsが約2.5T、Heが0.20e
以下の膜が得られ、エピタキシー成長によってFe−N
原子対を形成することにより、原子対の異方性から一軸
異方性膜を得ることができ。
以下の膜が得られ、エピタキシー成長によってFe−N
原子対を形成することにより、原子対の異方性から一軸
異方性膜を得ることができ。
高飽和磁束密度の軟磁性膜として高密度磁気記録用材料
に応用できる。
に応用できる。
さらに、このFe、NからなるFe−N系磁性薄膜に、
Fe、N、Fe、N等のFe−N系材料を組合せて高飽
和磁束密度のディスク材料にも適用できる。
Fe、N、Fe、N等のFe−N系材料を組合せて高飽
和磁束密度のディスク材料にも適用できる。
本発明は、以上説明したように構成されているので、以
下に記載されるような効果を奏する。
下に記載されるような効果を奏する。
Fe−N系磁性薄膜は、Fa−N原子対とF’e−Fe
原子対とが異方性をもって配列しているので一軸磁気異
方性を示し、Fe対Nの原子比が8対1であるのでFe
、Nとなり、かつ、単結晶となることから、高飽和磁束
密度を有するとともに低保磁力となり、高密度磁気記録
用の磁性材料として十分使用できる。
原子対とが異方性をもって配列しているので一軸磁気異
方性を示し、Fe対Nの原子比が8対1であるのでFe
、Nとなり、かつ、単結晶となることから、高飽和磁束
密度を有するとともに低保磁力となり、高密度磁気記録
用の磁性材料として十分使用できる。
さらに、その磁性薄膜の飽和磁束密度が2.2Tを越え
るので、上記磁性材料としてもより有効である。
るので、上記磁性材料としてもより有効である。
また、Fe−N系磁性薄膜のFe−Np1子対とFe−
Fe原子対とが、基板面上に、その結晶方位と平行方向
に磁場を印加された状態でエピタキシー成長をするので
、Fe−N原子対とFe−Fe原子対とが異方性をもっ
て配列して一軸磁気異方性を有する単結晶のFe−N系
薄膜を形成することができる。さらに、Fe、Nの組成
比を有する窒化鉄を形成することができるので、きわめ
て飽和磁束密度が高く、かつ保磁力の低い磁性薄膜を作
製することができる。
Fe原子対とが、基板面上に、その結晶方位と平行方向
に磁場を印加された状態でエピタキシー成長をするので
、Fe−N原子対とFe−Fe原子対とが異方性をもっ
て配列して一軸磁気異方性を有する単結晶のFe−N系
薄膜を形成することができる。さらに、Fe、Nの組成
比を有する窒化鉄を形成することができるので、きわめ
て飽和磁束密度が高く、かつ保磁力の低い磁性薄膜を作
製することができる。
さらに、基板としては、その原子対の長さと、Fe−N
Jji子対とF a −F e原子対の2種の原子対の
長さとの差が±10%以内とすることにより、基板面上
のエピタキシー成長を容易にし、単結晶の薄膜作製を可
能とした。
Jji子対とF a −F e原子対の2種の原子対の
長さとの差が±10%以内とすることにより、基板面上
のエピタキシー成長を容易にし、単結晶の薄膜作製を可
能とした。
そして、基板の加熱温度を200〜400℃にし、窒素
ガス分圧をl X 10−″”〜I X 10−”To
rrに調節し、さらに蒸着速度を0.1〜100Å/s
に制御することにより、Fe対Nの原子比が8対1のF
e−N系磁性薄膜をより容易に作製できる。
ガス分圧をl X 10−″”〜I X 10−”To
rrに調節し、さらに蒸着速度を0.1〜100Å/s
に制御することにより、Fe対Nの原子比が8対1のF
e−N系磁性薄膜をより容易に作製できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明によるFe−N原子対とFe−FeJM
子対が垂直に配列した状態を示す説明図、第2図はα−
Feの体心立方品の中にN原子の侵入できる位置を示し
た説明図、第3図は基板としてGaAs (001)及
びSi (001)単結晶板を用いた時の磁化容易軸方
向のB−H曲線を示す図、第4図はGaAs (001
)上に蒸着したFe−N系薄膜のB−H曲線を示す図、
第5図は基板の格子定数と得られたFe−N系薄膜の面
内磁化容易軸方向の保磁力との関係を示す図、第6図は
基板の格子定数と半値幅との関係を示す図、第7図は膜
面内に磁場を印加してGaAs (001)単結晶基板
上に形成されたFe−N系薄膜の異方性磁界と印加磁界
との関係を示す図、第8図はGaAs(001)面に垂
直に磁場を印加した場合のFe−N系薄膜のB−H曲線
を示す図である。 1− F e −N原子対、2− F e −F e原
子対、3・・・Fe原子、4・・・N原子。
子対が垂直に配列した状態を示す説明図、第2図はα−
Feの体心立方品の中にN原子の侵入できる位置を示し
た説明図、第3図は基板としてGaAs (001)及
びSi (001)単結晶板を用いた時の磁化容易軸方
向のB−H曲線を示す図、第4図はGaAs (001
)上に蒸着したFe−N系薄膜のB−H曲線を示す図、
第5図は基板の格子定数と得られたFe−N系薄膜の面
内磁化容易軸方向の保磁力との関係を示す図、第6図は
基板の格子定数と半値幅との関係を示す図、第7図は膜
面内に磁場を印加してGaAs (001)単結晶基板
上に形成されたFe−N系薄膜の異方性磁界と印加磁界
との関係を示す図、第8図はGaAs(001)面に垂
直に磁場を印加した場合のFe−N系薄膜のB−H曲線
を示す図である。 1− F e −N原子対、2− F e −F e原
子対、3・・・Fe原子、4・・・N原子。
Claims (7)
- 1.鉄原子及び窒素原子の原子対と、鉄原子及び鉄原子
の原子対との2種の原子対の配列に異方性を有し、かつ
鉄対窒素が8対1の原子比を有する単結晶からなる鉄−
窒素系磁性薄膜。 - 2.請求項1において、前記磁性薄膜の飽和磁束密度が
2.2Tを越えることを特徴とする鉄−窒素系磁性薄膜
。 - 3.窒素ガス雰囲気中で、加熱した基板面上に、その基
板の結晶方位と平行方向に磁場を印加した状態で、鉄原
子及び窒素原子の原子対と、鉄原子及び鉄原子の原子対
との2種の原子対を、蒸着により配列させてエピタキシ
ー成長させ、鉄対窒素の原子比が8対1の磁性薄膜を形
成させる鉄−窒素系磁性薄膜の製造方法。 - 4.請求項3において、前記基板の原子対の長さと、前
記2種の原子対の長さとの差が±10%以内であること
を特徴とする鉄−窒素系磁性薄膜の製造方法。 - 5.請求項3において、前記基板の加熱温度が、200
〜400℃であることを特徴とする鉄−窒素系磁性薄膜
の製造方法。 - 6.請求項3において、前記窒素ガス雰囲気の窒素ガス
分圧が1×10^−^■〜1×10^−^■Torrで
あることを特徴とする鉄−窒素系磁性薄膜の製造方法。 - 7.請求項3において、前記蒸着の速度が、0.1〜1
00Å/sであることを特徴とする鉄−窒素系磁性薄膜
の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5802588A JPH01231304A (ja) | 1988-03-11 | 1988-03-11 | 鉄−窒素系磁性薄膜及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5802588A JPH01231304A (ja) | 1988-03-11 | 1988-03-11 | 鉄−窒素系磁性薄膜及びその製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01231304A true JPH01231304A (ja) | 1989-09-14 |
Family
ID=13072409
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5802588A Pending JPH01231304A (ja) | 1988-03-11 | 1988-03-11 | 鉄−窒素系磁性薄膜及びその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH01231304A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10164603B4 (de) * | 2000-12-27 | 2005-12-08 | Suzuki Motor Corp., Hamamatsu | Verfahren zur Erzeugung einer Eisennitriddünnschicht und Eisennitriddünnschicht |
-
1988
- 1988-03-11 JP JP5802588A patent/JPH01231304A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10164603B4 (de) * | 2000-12-27 | 2005-12-08 | Suzuki Motor Corp., Hamamatsu | Verfahren zur Erzeugung einer Eisennitriddünnschicht und Eisennitriddünnschicht |
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