JPH02137712A

JPH02137712A - 炭化鉄薄膜

Info

Publication number: JPH02137712A
Application number: JP63290760A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kanemura; 崇金村; Katsushi Tokunaga; 徳永　勝志
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 1988-11-16
Filing date: 1988-11-16
Publication date: 1990-05-28

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）本発明は炭化鉄薄膜及びその用途に関する。

（従来の技術）炭化鉄薄膜に関する技術について知られていることは極
めて少なく、下記の公知技術が知られている程度である
。

（１）　Ｊ、　ｏｆ　　Ｌｉｆｅ　　ＰＩ＋ｙｓｉｃａ
ｌ　　Ｓｏｃ、　ｏｆ　　ＪａｐａｎＶｏｌ、　１４．
　Ｎｏ、２．　　（１９５９）岩塩上に金属鉄の蒸着膜
を形成後、Ｃ０１ｆ：Ａ雰囲気中で炭化鉄膜に変換する
。

（２）特開昭５９−２０７４２６号Ｆｅ、Ｏ，の薄膜をアセチレン及びアルゴンガスの混合
気体中で高周波グロー放電処理して、Ｆｅ＝Ｏ４薄膜の
表面の一部を炭化鉄に変換する。

（３）日本金属学会一般講演概要（１９８６）Ｆ　Ｃ２
Ｃ、Ｆ　ｅｓ　Ｃ２及びＦｅ、Ｃの３種類の合金ターゲ
ットのそれぞれを用いて、ブラタ−スパッタリング法に
より、アルゴン雰囲気中で加熱石英基板（１５０〜６０
０℃）上に炭化鉄薄膜を製造する。

（４）　！開明８２−２６４４２７号７エロセンを気相分解して６５０℃のシリコン基板上に
炭化鉄薄膜を得る。

しかしながら、上記従来の方法では磁気特性の良い炭化
鉄膜が得られず、保磁力はせいぜい５５００ｅ程度であ
った。

（発明が解決しようとする課題）本発明の目的は磁気特性に優れた炭化鉄薄膜及びこれを
磁性層とする磁気記録媒体を提供することにある。

（！！１題を解決するための手段）本発明は結晶状炭化鉄が柱状組織として配列された薄膜
に係り、これは蒸発金属鉄と炭素源とをプラズマ状態に
おいて接触させて、基板上に析出させることにより得ら
れる。

本発明において金属鉄を蒸発させるには、例えば金属鉄
をるつばに入れ、０．１〜５．ＯＸ　１０″″３Ｔ　ｏ
ｒｒの圧力下、電子銃により加熱することにより行うこ
とができる。炭素源としてはアセチレン、エチレン、メ
タン、エタン、プロパン、ブタン等の飽和又は不飽和の
脂肪族炭化水素、ＣＯ等を用いることができ、その際Ｎ
ｅ５Ａｒ、Ｋｒ％Ｘｅ等の不活性γスと併用することも
できる。基板としては例えば〃ラス、シリコン、アルミ
ニウムなどの金属、ポリイミドなどの樹脂等の基板を用
いることができ、基板温度は約１５０〜５００℃が好ま
しく、２００〜４００“Ｃが特に好ましい、１５０℃未
満では炭化鉄薄膜の生成が起こりに＜　＜　、５００°
Ｃを越えると柱状組織が形成されにくく磁気記録材料と
して良好な物性は得られない、尚、必要あれば加速電圧
を与えるため基板に負電位、例えば０．０１〜２．０ｋ
Ｖ程度を与えることが好ましい。

本発明においては蒸発金属鉄と炭素源とをプラズマ状態
において接触させるが、プラズマ状態とは例えばメタン
圧力８．ＯＸ　１０−’　Ｔ　ｏｒｒの雰囲気下におい
て高周波電界（周波数１３．５６ＭＨｚ）によって放電
が維持される状態などを指し、他にマイクロ波放電、Ｅ
　ＣＲ（ｅｌｅｃｔｒｏｎ　ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ　ｒｅ
ｓｏｎａｎｃｅ）放電、直流グロー放電、アーク放電、
熱電子放電によっても得られる。

本発明の結晶状炭化鉄が柱状組織として配列された薄膜
を製造する最も好ましい条件は、負電位８０〜１３０Ｖ
１温度２５０〜３５０℃の基板に対し４Ｘ１０−４〜１
２Ｘ　１０−’　Ｔ　ｏｒｒのメタン雰囲気中で高周波
電力５００〜７００Ｗを印加して、３〜９Ａ／秒の薄膜
の蒸着速度（単位時間当りの成長膜厚）で金属鉄を蒸発
させることである。この場合、メタンの圧力及び蒸着速
度に依存して第１図に示す領域にＦｅ７Ｃ１、Ｆｅ５Ｃ
２又はＦｅ５Ｃの結晶状炭化鉄の柱状組織が製造され、
境界附近では三者が混在すると考えられる。

本発明においては基板上に結晶状炭化鉄を柱状組織とし
て析出させるが、その際基板を傾斜させた斜め蒸着法を
採用するのが好ましい。基板の傾斜角度とは、蒸発源の
鉛直線に対し直角をなす平面を基準とする傾斜角度をい
い、この角度が４０〜９０°が好ましり、６５〜８５°
が特に好ましい、結晶状とは単結晶からなること及び多
結晶からなることを含む。柱状組織とは複数の、長さ及
び直径がそれぞれほぼ等しい柱状の結晶が基板平面上に
その平面に対し垂直に又は斜めに及び相互に平行に配列
して成る組織である。柱状結晶の平均粒径（長径）は好
ましくは約１５０Ａ〜３μｌ、平均軸比は好ましくは３
〜２０である。

本発明において炭化鉄の例としてはＦｅ、Ｃ１Ｆｅ５Ｃ
２、Ｆｅ、Ｃ，等を例示でき、これらはｘ＃１回折によ
り分析し、Ｘ＃１回折図で検出することができる。尚、
粉体では遊離炭素の混在が避けられない場合が多いが、
柱状組織では殆ど検出されないが、１０重量％以下程度
の遊離炭素が混在する場合がある１本発明の上記炭化鉄
の薄膜は厚さが０．０１〜１μｌ程度のものを指し、水
晶振動式膜厚モニター又は接触式膜厚測定器により測定
される。

本発明の炭化鉄薄膜は例えば磁気テープ、磁気ハードデ
ィスク、フロッピーディスク等の磁気記録媒体の磁性層
に用いることができる。

（実　施　例）以下に本発明の実施例を挙げて説明する。

実施例１皮膜形成前に真空槽内を１０−’　Ｔ　ｏｒｒ台まで排
気した後、Ａｒを４　Ｘ　１０−’　Ｔ　ｏｒｒまで導
入、ＲＦ電力３００Ｗ　、バイアス電圧−０，１ｋＶで
１０分間基板のボンバード処理を行った。その後ＲＦ電
力６００Ｗ　。

バイアス電圧−０，１ｋＶ、ＣＨ，ｆｆス８，０ＸＩＯ
−鴫Ｔｏｒｒｌｉ域で成膜を行った。周囲を冷却した銅
製のルツボに４０ｇの鉄ベレットを入れ、電子ビーム（
６ｋＶＸ６０ＱＷ）にて金属を蒸発させた。この時の皮
膜速度はおよそ４．ＯＡ／ｓｅｅであった。蒸発材料は
９９．９％のＦｅであり、Ａ「及びＣ）−１４＊スはそ
れぞれ９９．９９８％、９９．９９５％のものを使用し
、基板はＤ　Ｆ　−１１３とア七トンで洗浄処理したガ
ラス板（１０ＩＩＩ１１厚）を用いた。蒸発源と基板間
の１［離は４００ｕａとし、基板温度は３００℃とした
。尚、皮膜に柱状栖造を持たせる目的で斜め蒸着法を採
用した６本実施例では７０”で行った。皮膜形成後、真
空槽内を徐冷し、室温付近の温度に到達した時点で、リ
ークし、試料を取り出した。

得られた薄膜試料は、黒灰色の光沢を保ち、膜厚計によ
る測定の結果、膜厚は２０００Ａであり、振動試料型磁
力計による磁気特性では、最大磁場１０ｋｏｅ下で、膜
面に垂直及び水平方向の値としてそれぞれＨｅ、＝７０
００ｅ１　σｓ、　＝　７８０ｅｍｕ／　ｅｃ。

σｒ□／σｓ、＝０．２０及びＨｃ７＝　５２００　ｅ
ｌ　　σ、、＝ＳａＯｅｍｕ／ａｃ、　σｒＩ／σ５Ｊ
＝０．５５であった。これらの値よりこのＷｇ膜は磁気
記り媒体用の磁性層として優れていることが分かる。形
成された薄膜をｔｔＳ２図に示すＸ２８分光測定及び＄
３図に示すＸ線回折測定した結果、Ｆｅ、Ｃ３と少量の
カーボンから成ることが判明した。尚、薄膜断面は第４
図に示す走査型電子顕微鏡写真により、柱状組織が確認
された。

実施例２皮膜形成前に真空槽内を１０′″’　Ｔ　ｏｒｒ台まで
排気した後、Ａ「を４　Ｘ　１Ｏ−４Ｔ　ｏｒｒまで導
入、ＲＦ電力３００Ｗ　、バイアス電圧−Ｑ、１ｋＶで
１０分間基板のボンバード処理を行った。その後ＲＦ主
電力００Ｗ　。

バイアス電圧−０，１ｋＶ、ＣＨ４ｙス８．ＯＸ　１Ｏ
−４ＴｏｒｒｌＪ（域で成膜を行った６周囲を冷却した
銅製のルツボに４０ｇの鉄ベレットを入れ、電子ビーム
（６ｋＶＸ６００Ｗ）にて金属を蒸発させた。この時の
皮膜速度はおよそ５．ＯＡ　／　ｓｅｃであった。蒸発
材料は９９．９％のＦｅであり、Ａ「及びＣＨ，Ｉｆス
はそれぞれ９９．９９８％、９９．９９５％のものを使
用し、基板はＤＦ−１１３と７七トンで洗浄処理したシ
リコン基板（１０ｍｍ厚）を用いた。蒸発源と基板間の
距離は４００ｍｍとし、基板温度は３００℃とした。尚
、皮膜に柱状構造を持たせる目的で斜め蒸着法を採用し
た。

本実施例ではフ０“で行った。皮膜形成後、真空槽内を
徐冷し、室温付近の温度に到達した時点で、リークし、
試料を取り出した。

得られた薄膜試料は、黒灰色の光沢を保ち、膜厚計によ
る測定の結果、膜厚は３５００Ａであり、振動試料型磁
力計による磁気特性では、最大磁場１０ｋｏｅ下で、膜
面に垂直及び水平方向の値としてそれぞれＨｅ、”６５
００ｅ、σｓ、＝　８００ｅｕ＋ｕ／　ｃｃ。

σｒ、／σｓ□＝０．２５及び）（ｃ７＝５０００ｅ、
　　ａｓｚ＝８５０ｅＩＩｌｕ／ＣＣ１σｒＩ／σ５Ｉ
＝ｏ、６５であった。これらの値よりこの薄膜は磁気記
０媒体用の磁性層として優れていることが分かる。形成
された薄膜を第５図に示すＸ２８分光測定及び第６図に
示すｘ＃ａ回折測定した結果、Ｆｅ５Ｃ２と少量のカー
ボンから成ることが判明した。尚、薄膜断面は第７図に
示す走査型電子顕微鏡写真により、柱状＆ＩＬ鑞が確認
された。

【図面の簡単な説明】

第１図は金属鉄からの距離が４０ｃｍ、負電位１００Ｖ
、温度３００℃のプラス基板に対して、メタン雰囲気中
で高周波電力６００Ｗで放電したときの、メタンの圧力
及１蒸着速度と生成する柱状組織の組成との関係を示す
グラフである。第２図及び第５図は実施例で得られた炭
化鉄薄膜のＸＰＳ分光測定図、第３図及び第６図はその
Ｘ線回折測定図、第４図及び第７図はその薄膜断面の走
査型電子顕微鏡写真を示す。（以　上）出　願　人　　ダイキン工業株式会社代　理　人　　弁理士　１）村　　巌第１図蒸着速度（人／秒）第図（分）第図２θ 綜閤第図味口（％）手続補県正置昭和６３年１１月３０日特許片長宮殿発明の名称炭化鉄薄膜３、補正をする者事件との関係　　特許出願人（２８５）ダイキン工業株式会社４、代５、？ＩＩｌ正命令の日付７、補正の内容（１）明細書第３頁第１８行Ｅ程度」を「程度の負電位」に訂正します。（２）明細書第５頁第２０行「又は」を「及び」に訂正します。（３）明細書第３頁第１８行及び第８頁第７行ｒＷＪを
それぞれ「ＩＩＡ」に訂正します。（４）明細書第７頁第５〜６行「得られた・・・・・・の結果、」を「得られた薄膜は
、灰色の光沢を保ち、」に訂正します。（５）明細書第８頁第１８〜１９行［得られた・・・・・・の結果、］を［得られた薄膜は
、灰色の光沢を保ち、」に訂正します。黒黒（以上）６、補正の対象明細書中の「発明の詳細な説明」の項７゜補正の内容平成元年昭和６３年特許Ｈ第２９０７６０号２、発明の名称炭化鉄薄膜薯（＠明細書第３頁第３行、同頁第２０行及び第４頁第１
９行「本発明」をそれぞれ「本発明の製造」に訂正します。補正をする者事件との関係　　　特許出願人（２８５）ダイキン工業株式会社（棒）明細書第３頁第１７行４、代理人〒５３０大阪府大阪市北区曽根崎１丁目２番８号「重量
％」を「原子％」に訂正します。（＋）明細書ｆｌｓＧ頁第６行〜第９頁第９行の記載を
次のように訂正します。［実施例１皮膜形成前に真空槽内を１０−’　Ｔ　ｏｒｒ台まで排
気した後、Ａｒを４　Ｘ　１０−’　Ｔ　ｏｒｒまで導
入、ＲＦ電力３００Ｗ　、バイアス電圧−０，１ｋＶで
１０分間基板のボンバード処理を行った。その後ＲＦ電
力ａｏｏｗ　。バイアス電圧−〇、１ｋＶ、ＣＨ，，ｆス８．ＯＸ　１
０−’Ｔ　ｏｒｒ領域で成膜を行った。周囲を冷却した
ｔｉ４製のルツボに４０ｇの鉄ベレットを入れ、電子ビ
ーム（６ｋＶ　Ｘ６００ｍＡ　）にて金属を蒸発させた
。この時の蒸着速度はおよそ４．０Ａ　／　ｓｅｅであ
った。蒸発材料は９９．９％のＦｅであり、Ａｒ及びＣ
Ｈ，７ｙスはそれぞれ９９，９９８％、９９，９９５％
のものを使用し、基板はトリクロロトリフルオロエタン
とア七トンで洗浄処理したプラス板（１１ｎ１１１厚）
及びシリコンウェハー（０，６ａｏｎ厚）を並べて用い
た。蒸発源と基板間の距離は４００ｍ＋ａとし、基板温
度は３００°Ｃとした。尚、薄膜に柱状構造を持たせる
目的で斜め蒸着法を採用した。本実施例では７０“で行
った。薄膜形成後、熱源を取り去り、真空槽内を放冷し
、室温付近の温度に到達した時点で、リークし、試料を
取り出した。得られた薄膜は、黒灰色で光沢を帯ゾ、膜厚は２０００
Ａであり、振動試料型磁力計による磁気特性では、最大
磁場１０ｋＯｅ下で、膜面に垂直及び水平方向の値とし
てそれぞれＨｅ□＝　７０００　ｅｌ　σｓ、＝７８０
ｅｕ＋ｕ／ｃｃ、　　ａ　ｒ、／　ｅｒ　ｓ、＝０．２
０及びＴ（ｃ７＝５２０Ｏｅ、　　σｓＩ＝　８３０ｅ
ｍｕ／　６８％　　σｒＩ／σ５７＝ｏ、５５であった
。これらの値よりこの薄膜は磁気記録媒体用の磁性層と
して優れていることが分かる。形成された薄膜は、ＸＰ
Ｓ測定及びＸ線回折測定の結果、第２図及びｔＪＳ３図
に示すようにＦ　ｅ７　Ｃ３及び少量の炭素から成るこ
とが判明した。尚、薄膜断面は第４図に示す走査型電子
顕微鏡写真により、柱状組織が確認された。実施例２薄膜形成前に真空槽内を１０−’　Ｔ　ｏｒｒ台まで排
気した後、Ａｒを４　Ｘ　１Ｏ−４Ｔ　ｏｒｒまで導入
、ＲＦ電力３００Ｗ　、バイアス電圧−０，１ｋＶで１
０分間基板のボンバード処理を行った。その後ＲＦ電力
６００Ｗ　１バイアス電圧−〇、１ｋＶ、ＣＨ，ｙス８
．ＯＸ　１０−’Ｔ　ｏｒｒｆｉ域で成膜を行った。周
囲を冷却した銅製のルツボに４０ｇの鉄ベレットを入れ
、電子ビーム（６ｋＶ　Ｘ　６００ｍＡ　＞にて金属を
蒸発させた。この時の蒸着速度はおよそ５．ＯＡ／ｓｅ
ｅであった。蒸発材料は９９．９％のＦｅであり、Ａｒ
及びＣＨ、ブスはそれぞれ９９，９９８％、９９．９９
５％のものを使用し、基板はトリクロロトリフルオロエ
タンとア七トンで洗浄処理したシリコン基板（Ｉ１１１
Ｉｅ厚）及びシリコンウェハー（０，６＋ｏｍ厚）を並
べて用いた。蒸発源と基板間の距離は４００　＋ａ　＋
ｈとし、基板温度は３００℃とした。尚、薄膜に柱状構
造を持たせる目的で斜め蒸着法を採用した。本実施例で
は７０”　で行った。薄膜形成後、熱源を取り去り、真
空槽内を放冷し、室温付近の温度に到達した時点で、リ
ークし、試料を取り出した。得られた薄膜は、黒灰色で光沢を帯び、膜厚は３５００
Ａであり、振動試料型磁力計による磁気特性では、最大
磁場１０ｋＯｅ下で、膜面に垂直及び水平方向の値とし
てそれぞれＨｃ、”　６５００　ｅ、σＳ□＝８００ｅ
＋ｏｕ／　ｃｃ、　　σｒ□／σｓ、＝０．２５及び！
（ｃ、＝５０００ｅ、　　σｓ７＝　８５０ｅｍｕ／　
ｅｅ、　　σ「、／σ５７＝ｏ、６５であった。これら
の値よりこの薄膜は磁気記録媒体用の磁性層として優れ
ていることが分かる。形成された薄膜は、ＸＰＳ測定及
びＸ＃Ｘ回折測定の結果、第５図及び第６図に示すよう
にＦｅ５Ｃ２及び少量の炭素から成ることが判明した。尚、薄膜断面は第７図に示す走査型電子顕微鏡写真によ
り、柱状組織が確認された。」＋（牟）明細書第９頁第１１行［４０ｃｌＩ＋１を１４００ｗｗＪに訂正します。（各）明細書第９頁第１１行「分光」を削除します。（以　上）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）結晶状炭化鉄が柱状組織として配列された薄膜。
（２）結晶状炭化鉄が柱状組織として配列された薄膜を
磁性層とする磁気記録媒体。