JPH0192359A - 非晶質薄膜の製造方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、高い熱安定性を示すＺｒ、　Ｔｉ、　Ｈｆな
どを含有し本質的に遷移金属からなる合金組成を有する
非晶質薄膜を、スパッタ蒸着法により作製する磁歪の小
さい非晶質薄膜の製造方法に係り。

さらに詳しくは、上記スパッタ蒸着法により作製した非
晶質薄膜を９回転磁場中で熱処理することにより、磁気
異方性が小さく、低保磁力で高い初期透磁率を示す非晶
質薄膜の製造方法に関する。

〔従来の技術〕

ある種の金属あるいは合金をスパッタ蒸着することによ
り、原子構造で長範囲規則度のない非晶質構造を得るこ
とができる。この方法により得られる従来の非晶質薄膜
は、主にＢ、Ｃ，ＳＬなどの非金属元素を基とする金属
−非金属系合金またはバブル磁性材料や光磁気磁性材料
に有用な希土類元素を基とする合金系薄膜よりなってい
る。しかし、これらの非晶質合金系薄膜は機械的、磁気
的、電気的特性の劣化をもたらす熱安定性の点でいまだ
実用上十分とはいえない。さらに、非晶質化元素である
Ｂ、Ｃ，Ｓｉなどの非金属元素を基とする金属−非金屈
系合金薄膜はスパッタ蒸着時に導入される磁気異方性の
ために、高い保磁力と低い透磁率を示し実用上問題があ
った。

この問題を解決するため、非晶質薄膜を回転磁場中で熱
処理して、磁気特性を改善する方法が提案されている（
特開昭５５−１１０７６４号公報、特開昭５６−１６６
３３号公報）。しかし、これらの方法において、熱処理
する非晶質薄膜は、いずれも非晶質化（ガラス化）元素
としてＢ、Ｃ，ＳＬなどの非金属元素を用いた全屈−非
金属系非晶質合金薄膜であるため、熱安定性に乏しく、
熱処理温度も１００〜１５０℃程度と低く、実用上十分
に満足する磁気特性を得ることができなかった。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述したごとく２従来の非晶質磁性薄膜は熱安定性が乏
しいため９機械的、磁気的、電気的特性の劣化が生じ易
く、実用上問題があった。

本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解消し、高い
熱安定性を示すＺｒ、ＴＬ　Ｈｆなどの金属元素を添加
して熱安定性の改善をはかり２強磁性元素であるＦｅ、
Ｎｉ、Ｃｏ元素の含有量によって磁歪、飽和磁化の値を
調整し、さらに結晶化温度、硬度を向上させる元素であ
るＭｏ、Ｃｒ、　Ｗ。

Ｖ、Ｎｂ、Ｔａおよび希土類元素などの元素群のうちよ
り選択される少なくとも１種の元素を少量添加すること
により、磁歪が小さく、熱安定性および耐摩耗性の良好
な非晶質薄膜をスパッタ蒸着により形成し、これを回転
磁場中で所定の温度に加熱して熱処理することにより、
磁気異方性が小さく、低保磁力で高透磁率の非晶質薄膜
を製造する方法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記本発明は、非晶質薄膜を構成するガラス化元素とし
て、従来の非晶質合金系薄膜の構成元素である非金属元
素および希土類元素を、　Ｔｉ、　Ｚｒ。

Ｈｆ、Ｙ、Ｇｅ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｔｅなどの金属元素のう
ちより選択される少なくとも１種の金属元素に置き換え
、他は主として遷移金属元素を主成分とすることによっ
て、熱安定性の改善をはかり２強磁性元素であるＦｃ、
ＮｉまたはＣｏの添加量によって磁歪、飽和磁化の値を
調整し、結晶化温度および硬度（耐摩耗性）の向上元素
としてＨＭｏ。

Ｃｒ、Ｗ＋　Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｎ、Ａｆｌ、Ｃｕ、Ｚ
ｎ。

Ｐｂ、　Ｓｎ、　Ｐｄ、　Ｐｔ、　Ａｕ、　Ａｇ、　Ｒ
ｕ、　Ｏｓ、　Ｒｈ。

Ｉｒ、　Ｂｅ、　Ｍｇ＋　Ｌａ、　Ｎｄ、　Ｓｍ、　Ｅ
ｕ、　Ｇｄ、　Ｔｂ。

Ｄｙ、Ｅｒ、Ｙｂ、Ｌｕなどの元素のうちより選択され
る少なくとも１種の元素を少量添加することによって、
磁歪が小さく、熱安定性および耐摩耗性の良好な非晶質
薄膜を、スパッタ蒸着法によって形成し、さらに上記形
成した非晶質薄膜を回転磁場中で熱処理することにより
、磁気異方性が小さく、低保磁力で高透磁率の非晶質薄
膜を得ることができ２本発明の目的を達成することがで
きる。

本発明の非晶質薄膜の製造方法は、非晶質簿膜の組成が
、一般式 で示され２ＭはＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏ元素よりなる群から選
択された少なくとも１種の元素、ＴはＭ　ｏ　。

Ｃｒ、Ｗ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｎ、ＡＱ、Ｃｕｔ　Ｚｎ
。

Ｐｂ、　Ｓｎ、　Ｐｄ、　Ｐｔ、　Ａｕ＋　Ａｇ＋　Ｒ
ｕ、　Ｏｓ＋　Ｒｈ。

Ｉｒ、　Ｂｅ、　Ｍｇｔ　Ｌａ、　Ｎｄ、　Ｓｍ＋　Ｅ
ｕｔ　ＧｃＬ　Ｔｂ。

Ｄｙｙ　Ｅｒ、Ｙｂ、Ｌｕ元素よりなる群から選択され
た少なくとも１種の元素、ＸはＺｒ、Ｔｉ、Ｙ。

Ｈｆ、Ｇｅ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｔｅ元素よりなる群から選択
された少なくとも１種の元素を含有し、スパッタ蒸着法
によって作製された優位的に非晶質である非晶質薄膜を
、該非晶質薄膜に対して相対的に回転する１ｋＧ以上の
磁場を印加しながら、２００℃以上より好ましくは４０
０℃以上、上記非晶質薄膜の結晶化温度未満の温度で熱
処理することを特徴とするものである。

本発明の非晶質薄膜の組成を示す上記一般式ＭＴＸにお
いて、この非晶質薄膜の成分組成比を。

Ｍ　ａ　Ｔ　ｂ　Ｘ　ｃで表わした時、少なくともａ＋
ｂ≧３０゜ｏ＜ｂ≦９５．　ａ＋ｂ＋ｃ＝１００の関係
を満足するものである。

〔作用〕

従来のスパッタ蒸着によって形成した非晶質薄膜は、ス
パッタ蒸着時に導入される磁気異方性のため、高い保磁
力と低い透磁率を示し実用上問題が生じる。これを解決
するために、非晶質合金を回転磁場中で熱処理すること
により磁気特性の改善を行う方法が提案（特開昭５５−
１１０７６４号公報。

同５６−１６６３３号公報）されている。しかし、これ
らの方法において用いられている非晶質合金は。

非晶質化元素として１３．Ｃ，ＳＬなどの非金属元素を
添加した金属−非金属系非晶質合金であるため熱安定性
に劣る。このため１本発明においては非晶質化元素とし
てＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆなどの高い熱安定性を示す元素を用
いる。

従来、非晶質合金を製造する方法として、特開昭５３−
３５６１８号公報に開示されているロール法が知られて
いる。この方法では、非晶質合金の原料を石英管内で溶
融し２石英管の下方に設けたノズルより溶融させた溶湯
を連続的に落下させ、これを高速で回転する冷却ロール
表面で急速に凝固させ、リボン状の非晶質合金を得る方
法である。このように、ロール法では溶融した原料をノ
ズルを通して噴出させるため、酸化し易い元素が酸化さ
れてノズル詰まりが生じ易く、非晶質合金の作製が困難
になる場合が多い。本発明の非晶質薄膜の形成に用いる
非晶質化元素であるＺｒ、　Ｔｉ、　Ｈｆなどは、極め
て酸化され易い元素であり、これらの元素を含む本発明
の非晶質薄膜は、上記のような従来のロール法で非晶質
薄膜を作成することは非常に難しい。一方２本発明の非
晶質薄膜形成に用いるスパッタ蒸着法は、高真空中もし
くは高純度不活性ガス中で非晶質薄膜を作製するため。

Ｚｒ、Ｔｉ、Ｈｆのような酸化され易い元素を含んでい
る場合でも９歩留りよく容易に非晶質薄膜を製造するこ
とができる。さらに、スパッタ蒸着法を用いると、同じ
組成の材料において、従来のロール法よりも容易に合金
を非晶質化することができるという利点もある。

一方、スパッタ蒸着法により作製した非晶質薄膜は、ス
パッタ蒸着時に、非晶質薄膜に加わる磁場により導入さ
れる磁気異方性のために高い保磁力と低い透磁率を示し
実用上問題が生じることになる。スパッタ蒸着時に非晶
質薄膜に加ねる磁場として、特に意図して磁場を印加し
ない場合であっても、装置の部品から生ずる漏洩磁場や
地磁気による磁場などがあり、これらを完全に無くする
ことは極めて困難である。従来のロール法により。

リボン状の非晶質合金を作製する場合には、非晶質合金
の各部は約１／１０００秒という極めて短時間で凝固す
るため、上記のような装置からの漏洩磁場や地磁気によ
る磁場の影響を受けることはほとんどない。一方９本発
明のスパッタ蒸着法により非晶質薄膜を作製する場合に
は、約１μｍの厚さの薄膜を作製する場合でも、膜作製
に少なくとも０．１〜１時間を必要とする。このように
、長時間にわたる薄膜の作製中に、非晶質薄膜に加わる
磁場によって、非晶質薄膜中の原子が微小距離移動して
、磁場の方向に対して安定になるように配列し、そのた
め磁気異方性が生じるという問題が発生する。このよう
に２本発明が目的とする磁気特性および熱安定性に優れ
た性能を示す非晶質薄膜は、非晶質化元素としてＺｒ、
Ｔｉ、Ｈｆなどの熱安定性に優れた金属元素を添加し、
薄膜の作製方法としてスパッタ蒸着法を用いることによ
り実現できるが、上述のごとく、スパッタ蒸着法を用い
た場合には、大きな磁気異方性が導入されることになる
ため、高保磁力、低透磁率という問題が生じる。したが
って２本発明の目的を達成するためには、磁気異方性を
低減し、低保磁力で高透磁率に改善する必要がある。

このため２本発明の非晶質薄膜の製造方法においては、
導入される磁気異方性の低減のために。

スパッタ蒸着法でいったん作製した非晶質薄膜を。

回転磁場中で熱処理を行うことにより磁気特性の改善を
はかるものである。この熱処理方法は磁場を固定して非
晶質薄膜を回転しながら熱処理してもよく、また逆に非
晶質薄膜を固定して磁場を回転しながら熱処理をしても
よい。この回転磁場中の熱処理により、スパッタ蒸着中
に生じた磁気異方性の原因となる原子の配列が分散し、
磁気異方性が減少する。これによって、非晶質薄膜の保
磁力が低減し、透磁率を向上させることができる。

本発明の非晶質薄膜は熱安定性の高い非晶質合金である
から９回転磁場中で熱処理を行うに際して。

特に従来の非金属元素を非晶質化元素として用いた非晶
質薄膜を回転磁場中で熱処理する場合に比べて熱処理温
度を高くする必要がある。すなわち。

熱安定性が高いということは、加熱した時に原子の移動
が生じにくいことを意味する。したがって。

回転磁場中での熱処理により磁気異方性の原因となる原
子の配列を分散させるに際し原子の移動を生じ易くする
ために熱処理温度を高くする必要がある。

例えば、Ｆｅ−Ｃｏ−３ｉ−Ｂなどの金属−非金属系非
晶質合金薄膜について２回転磁場中で熱処理を行った従
来例（特開昭５５−１１０７６４号公報）では、熱処理
温度を１５０℃程度としており、またもう一つの従来例
（特開昭５６−１６６３３号公報）では。

熱処理温度を１００℃以上、好ましくは１５０℃以上と
している。一方１本発明のように、高い熱安定性を示す
Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆなどの金属元素を非晶質化元素として
添加し、かつ長時間にわたるスパッタ蒸着によって作製
した磁気異方性が著しく大きくなった非晶質薄膜を２回
転磁場中での熱処理によって磁気特性を改善するために
は、熱処理温度を少なくとも２００℃以上、さらに好ま
しくは４００℃以上、非晶質薄膜の結晶化温度未満とす
る必要がある。このように、特に高温での回転磁場中の
熱処理を行うことにより２本発明の目的とする熱安定性
が高く、保磁力が小さく、透磁率の高い非晶質薄膜の製
造が可能となる。なお２回転磁場中での熱処理において
印加する磁場の大きさは、非晶質薄膜を飽和、もしくは
飽和近くにまで磁化できる磁場であればよく、少なくと
も１ｋＧ以上であることが望ましい。

〔実施例〕

以下に本発明の一実施例を挙げ、さらに詳細に説明する
。

合金組成がＣｏ、、、、Ｍｏｓ　Ｚｒ、、、　。

Ｃｏ＠　ｚ　Ｍ　ｏ＠　、　５　Ｚ　ｒｓ　、　ｓまた
はＣｏ１５．ＨＭｏ１５　Ｚｒｇ、５になるように、直
径５０ｍｍのコバルト円板上にＭ　ｏ　２Ｚｒの小塊を
均一に配置した複合ターゲットを用いた。非晶質薄膜の
作製には、二極高周波スパッタ装置を使用し、約１〜５
ｍＴｏｒｒのアルゴン圧力下で、上記複合ターゲットと
基板の間隔を５〜１０ｃｌｕとして、同時スパッタ蒸着
することにより非晶質薄膜を作製した。得られた非晶質
薄膜の結晶化温度（四端予洗電気抵抗測定により決定）
は約５００℃と高＜、１００℃、１００時間の熱処理後
でも電気抵抗値はほとんど変らず、高い熱安定性を示し
た。また、飽和磁化はＭｏ量が減少するとともに約６０
ｅｍｕ／ｇから１０１００ｅ／ｇと変化し、高い値が得
られることがわかった。これらの非晶質薄膜の保磁力は
約１〜５０ａであった。また、初透磁率（２０ｋＨｚ）
は５００〜７００を示した。そして、磁歪が一８Ｘ１０
’−’（半導体歪ゲージを用いて測定）と低い値を示す
Ｃｏ、、Ｍｏ、、、　Ｚｒ、、、非晶質薄膜を、膜面内
方向に２ｋＧの外部磁場を印加し、　１２００ｒ、ｐ、
＋ｎ。

の回転数で回転させながら、４００℃で２０分間熱処理
すると、保磁力８０ｍ０ｅ、初透磁率（２０ｋＵ約６０
００の優れた軟磁気特性が得られた。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したごとく２本発明の非晶質薄膜の製造
方法によれば、非晶質薄膜の非晶質化元素として、高い
熱安定性を示すＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆなどの金属元素を用い
、スパッタ蒸着法で成膜し。

かつ回転磁場中で熱処理を施すことによって、高い熱安
定性と優れた磁気特性、すなわち低い保磁力で高い透磁
率を示す非晶質薄膜が得られるので。

磁気コア材などの電気音響変換素子材料、８ｉ歪素子材
料、インバー、エリンバ−材料などに有効に用いること
ができる。

代理人弁理士　　中　村　純之助

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．非晶質薄膜の組成が，一般式 ＭＴＸ で示され，ＭはＦｅ，Ｎｉ，Ｃｏ元素よりなる群から選
   択された少なくとも１種の元素，ＴはＭｏ，Ｃｒ，Ｗ，
   Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｎ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｐｂ，Ｓｎ
   ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ａｕ，Ａｇ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｒｈ，Ｉｒ，
   Ｂｅ，Ｍｇ，Ｌａ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄ
   ｙ，Ｅｒ，Ｙｂ，Ｌｕ元素よりなる群から選択された少
   なくとも１種の元素，ＸはＺｒ，Ｔｉ，Ｙ，Ｈｆ，Ｇｅ
   ，Ｓｂ，Ｂｉ，Ｔｅ元素よりなる群から選択された少な
   くとも１種の元素を含有し，スパッタ蒸着法によって作
   製された優位的に非晶質である非晶質薄膜を，該非晶質
   薄膜に対して相対的に回転する１ｋＧ以上の磁場を印加
   しながら，２００℃以上，上記非晶質薄膜の結晶化温度
   未満の温度で熱処理することを特徴とする非晶質薄膜の
   製造方法。
2. ２．特許請求の範囲第１項に記載の非晶質薄膜の製造方
   法において，熱処理温度を，４００℃以上，非晶質薄膜
   の結晶化温度未満の温度で熱処理することを特徴とする
   非晶質薄膜の製造方法。