JPH0259610B2 - - Google Patents
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- JPH0259610B2 JPH0259610B2 JP23700483A JP23700483A JPH0259610B2 JP H0259610 B2 JPH0259610 B2 JP H0259610B2 JP 23700483 A JP23700483 A JP 23700483A JP 23700483 A JP23700483 A JP 23700483A JP H0259610 B2 JPH0259610 B2 JP H0259610B2
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Landscapes
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Description
この発明は磁気記録や高保磁力磁性薄膜を利用
した各種の装置に用いられる磁性薄膜、特に希土
類金属と遷移金属とからなる合金で形成され、膜
面と垂直な方向に磁化容易軸を有し、保磁力が大
きい垂直磁化磁性薄膜の製造方法に関するもので
ある。 ＜背景＞ 希土類金属と遷移金属とからなる合金系の中
で、SmCo系合金、特にSmCo5系あるいは
Sm2Co17系合金は非常に大きな磁気異方性を有す
ることから高エネルギー積を有する磁石材料とし
て利用されている。 SmCo系合金をこの大きな異方性を保持させた
状態で薄膜化する研究は従来から各研究者により
試みられている。 例えばH.C.Theuerer等はSmCo5、SmCo3.65
Cu1.15合金を使用して、その基板温度を500℃に
あげることによつて高保磁力の面内磁化結晶膜を
作成している。（H.C.Theuerer、E.A.Nesbitt、
and D.D.Bacow；J.Appl.Phys.、vol40(7)、2944
（1969））、またK.Kumar等はプラズマスプレイ
（Plasma Spraying）法により作成した薄膜を
700℃で熱処理することによりSmCo5相を析出さ
せて、高保磁力の面内磁化結晶膜を作成してい
る。（K.Kumar、D.Das and E.Wettstein：J.
Appl.Phys.、vol49(3)、2052（1978）） しかしこれらいずれの場合においても得られる
のは面内磁化結晶膜であり、膜面に垂直な方向に
磁化容易軸を有する垂直磁化磁性薄膜は作成され
ていない。 またスパツタリング法を用いて非晶質で面内磁
化軟磁性薄膜を作成している研究報告（C.L.
Zhang、R.B.Lin、and G.H.Feng；IEEE
Trans.Magn.、MAG−16(5)、1215（1980））もあ
るが、この研究報告では非晶質においてもSmCo
系材料に対しては垂直磁化磁性薄膜は得られてい
ない。この他にも薄膜作成時に膜面に垂直方向に
磁場を印加することにより垂直磁化成分を誘起さ
せる報告（季佐宣、奥野光、沼田卓久、楼井良
文：日本応用磁気学会誌vol7、No.２（1983）47も
あるが、この報告で得られる薄膜もその主体は面
内磁化膜にあると言わざるを得ない。 さらに薄膜作成時の基板温度などの作成条件を
選定すれば、非晶質で垂直磁化成分が主体となる
膜ができるという報告（季佐宣、沼田卓久、楼井
良文：第７回日本応用磁気学会学術講演概要集
8pD−９、P.195（1983））もあるが、この場合に
は非晶質であるためにその保磁力は1KOeより小
さい。 いずれにしても高保磁力の垂直磁化磁性薄膜を
安定に且つ再現性よく得る製造方法は従来提案さ
れていないのである。 ＜発明の概要＞ この発明は希土類−遷移金属系合金を使用し、
垂直磁化磁性薄膜を安定に且つ再現性よく得るこ
とを可能とした垂直磁化磁性薄膜の製造方法を提
供するものである。 この発明で作成される垂直磁化磁性薄膜は、膜
面と垂直な方向に磁化容易軸を有する希土類−遷
移金属系合金薄膜であり、全組成中Ｙを含みこれ
とCe、Pr、Nd、Smの少なくとも１種以上の組
合せからなる希土類元素Ｒの原子比が20〜40％原
子％を占め、残部がCoよりなる組成を有し、結
晶RCO3相と非晶質部とから構成されている。こ
の発明では基板表面温度を300℃〜600℃に保持
し、この基板上にスパツクリング、蒸着法、イオ
ンプレーテングなどの手段によつて薄膜を形成
し、薄膜が形成された基板を表面温度が150℃〜
180℃に低下するまで５分間に100℃以上の冷却速
度で冷却する。さらに基板の表面温度が150℃〜
180℃の状態で15分乃至３時間の間基板を保持し、
室温まで冷却する。 一般に数千エルステツド以上の安定した保磁力
を有する垂直磁化磁性薄膜を得るためには、希土
類元素をＲとしてRCo系合金の組成をRXCo1-Xと
した場合、ＲをＹを含んでこれとCePr、Nd、
Smの少なくとも一種以上の組合せで構成し、Ｒ
の原子比Ｘを選定して所定の飽和磁化を有する組
成のものとし、さらに垂直磁化条件を満足させて
所望の保磁力を有する磁性薄膜とすることが必要
である。 この場合膜面と垂直な方向に磁化を有するに十
分な磁気異方性を有する薄膜を作成するために
は、スパツタリング法、真空蒸着法などの手段を
用いて膜厚が数百Å以上の薄膜を形成することが
必要である。 さらにこのようにして得られた最適な組成中に
おいて、所定の結晶粒径を有する微結晶RCO3相
を所定の割合含有していることが、垂直磁化条件
を満足し且つ数千エルステツド以上の保磁力を有
する薄膜を得るために必要な条件である。このた
めに薄膜作成時における雰囲気条件の設定もこの
発明では重要な意味を持つている。 希土類元素ＲをＹを含んでこれとCe、Pr、
Nd、Smの少なくとも一種以上の組合せの中から
選ぶことにより、SmCoの薄膜の保磁力（および
5000エルステツド以上）の範囲を広げ、数千エル
ステツド以上とすることができるようになつたこ
とも実用上重要な意味を持つている。 ＜実施例＞ 以下この発明の垂直磁化磁性薄膜の製造方法を
その実施例に基づき図面を使用して詳細に説明す
る。 この発明においては薄膜の作成に使用する基板
としては、例えばソーダガラス、石英、シリコ
ン、ガーネツト基板などを使用する。不活性気体
としてアルゴンガスを使用し、その圧力を3.0、
5.0、8.0Paに設定した雰囲気下で供給電力を
100W〜200Wの間で20Wずつ変化させ、基板表面
温度を300℃〜600℃に保持した状態で膜厚１〜
2μｍ程度の垂直磁化磁性薄膜をRFスパツタリン
グ法により作成する。この場合基板支持体の温度
はほぼ150℃〜180℃となる。 この場合発明者等の実測の結果によるとＲ−
Co系合金組成をRXCo1-Xとして0.20×0.40の
範囲にＲの原子比Ｘを選定する必要があることが
確認された。これは得られる磁性薄膜が微結晶
RCO3相と非晶質部とで構成されることが垂直磁
化条件を満足し、所定の保磁力を得るために必要
なためである。この微結晶RCo3相を得るために
はRXCo1-Xの組成において0.20×0.40の条件
が要求されるからである。 この場合必要な組成範囲における希土類元素Ｒ
とCoとの金属間化合物を示すと第１表のように
なる。表中×印は対応する金属間化合物が確認さ
れていないものである。
した各種の装置に用いられる磁性薄膜、特に希土
類金属と遷移金属とからなる合金で形成され、膜
面と垂直な方向に磁化容易軸を有し、保磁力が大
きい垂直磁化磁性薄膜の製造方法に関するもので
ある。 ＜背景＞ 希土類金属と遷移金属とからなる合金系の中
で、SmCo系合金、特にSmCo5系あるいは
Sm2Co17系合金は非常に大きな磁気異方性を有す
ることから高エネルギー積を有する磁石材料とし
て利用されている。 SmCo系合金をこの大きな異方性を保持させた
状態で薄膜化する研究は従来から各研究者により
試みられている。 例えばH.C.Theuerer等はSmCo5、SmCo3.65
Cu1.15合金を使用して、その基板温度を500℃に
あげることによつて高保磁力の面内磁化結晶膜を
作成している。（H.C.Theuerer、E.A.Nesbitt、
and D.D.Bacow；J.Appl.Phys.、vol40(7)、2944
（1969））、またK.Kumar等はプラズマスプレイ
（Plasma Spraying）法により作成した薄膜を
700℃で熱処理することによりSmCo5相を析出さ
せて、高保磁力の面内磁化結晶膜を作成してい
る。（K.Kumar、D.Das and E.Wettstein：J.
Appl.Phys.、vol49(3)、2052（1978）） しかしこれらいずれの場合においても得られる
のは面内磁化結晶膜であり、膜面に垂直な方向に
磁化容易軸を有する垂直磁化磁性薄膜は作成され
ていない。 またスパツタリング法を用いて非晶質で面内磁
化軟磁性薄膜を作成している研究報告（C.L.
Zhang、R.B.Lin、and G.H.Feng；IEEE
Trans.Magn.、MAG−16(5)、1215（1980））もあ
るが、この研究報告では非晶質においてもSmCo
系材料に対しては垂直磁化磁性薄膜は得られてい
ない。この他にも薄膜作成時に膜面に垂直方向に
磁場を印加することにより垂直磁化成分を誘起さ
せる報告（季佐宣、奥野光、沼田卓久、楼井良
文：日本応用磁気学会誌vol7、No.２（1983）47も
あるが、この報告で得られる薄膜もその主体は面
内磁化膜にあると言わざるを得ない。 さらに薄膜作成時の基板温度などの作成条件を
選定すれば、非晶質で垂直磁化成分が主体となる
膜ができるという報告（季佐宣、沼田卓久、楼井
良文：第７回日本応用磁気学会学術講演概要集
8pD−９、P.195（1983））もあるが、この場合に
は非晶質であるためにその保磁力は1KOeより小
さい。 いずれにしても高保磁力の垂直磁化磁性薄膜を
安定に且つ再現性よく得る製造方法は従来提案さ
れていないのである。 ＜発明の概要＞ この発明は希土類−遷移金属系合金を使用し、
垂直磁化磁性薄膜を安定に且つ再現性よく得るこ
とを可能とした垂直磁化磁性薄膜の製造方法を提
供するものである。 この発明で作成される垂直磁化磁性薄膜は、膜
面と垂直な方向に磁化容易軸を有する希土類−遷
移金属系合金薄膜であり、全組成中Ｙを含みこれ
とCe、Pr、Nd、Smの少なくとも１種以上の組
合せからなる希土類元素Ｒの原子比が20〜40％原
子％を占め、残部がCoよりなる組成を有し、結
晶RCO3相と非晶質部とから構成されている。こ
の発明では基板表面温度を300℃〜600℃に保持
し、この基板上にスパツクリング、蒸着法、イオ
ンプレーテングなどの手段によつて薄膜を形成
し、薄膜が形成された基板を表面温度が150℃〜
180℃に低下するまで５分間に100℃以上の冷却速
度で冷却する。さらに基板の表面温度が150℃〜
180℃の状態で15分乃至３時間の間基板を保持し、
室温まで冷却する。 一般に数千エルステツド以上の安定した保磁力
を有する垂直磁化磁性薄膜を得るためには、希土
類元素をＲとしてRCo系合金の組成をRXCo1-Xと
した場合、ＲをＹを含んでこれとCePr、Nd、
Smの少なくとも一種以上の組合せで構成し、Ｒ
の原子比Ｘを選定して所定の飽和磁化を有する組
成のものとし、さらに垂直磁化条件を満足させて
所望の保磁力を有する磁性薄膜とすることが必要
である。 この場合膜面と垂直な方向に磁化を有するに十
分な磁気異方性を有する薄膜を作成するために
は、スパツタリング法、真空蒸着法などの手段を
用いて膜厚が数百Å以上の薄膜を形成することが
必要である。 さらにこのようにして得られた最適な組成中に
おいて、所定の結晶粒径を有する微結晶RCO3相
を所定の割合含有していることが、垂直磁化条件
を満足し且つ数千エルステツド以上の保磁力を有
する薄膜を得るために必要な条件である。このた
めに薄膜作成時における雰囲気条件の設定もこの
発明では重要な意味を持つている。 希土類元素ＲをＹを含んでこれとCe、Pr、
Nd、Smの少なくとも一種以上の組合せの中から
選ぶことにより、SmCoの薄膜の保磁力（および
5000エルステツド以上）の範囲を広げ、数千エル
ステツド以上とすることができるようになつたこ
とも実用上重要な意味を持つている。 ＜実施例＞ 以下この発明の垂直磁化磁性薄膜の製造方法を
その実施例に基づき図面を使用して詳細に説明す
る。 この発明においては薄膜の作成に使用する基板
としては、例えばソーダガラス、石英、シリコ
ン、ガーネツト基板などを使用する。不活性気体
としてアルゴンガスを使用し、その圧力を3.0、
5.0、8.0Paに設定した雰囲気下で供給電力を
100W〜200Wの間で20Wずつ変化させ、基板表面
温度を300℃〜600℃に保持した状態で膜厚１〜
2μｍ程度の垂直磁化磁性薄膜をRFスパツタリン
グ法により作成する。この場合基板支持体の温度
はほぼ150℃〜180℃となる。 この場合発明者等の実測の結果によるとＲ−
Co系合金組成をRXCo1-Xとして0.20×0.40の
範囲にＲの原子比Ｘを選定する必要があることが
確認された。これは得られる磁性薄膜が微結晶
RCO3相と非晶質部とで構成されることが垂直磁
化条件を満足し、所定の保磁力を得るために必要
なためである。この微結晶RCo3相を得るために
はRXCo1-Xの組成において0.20×0.40の条件
が要求されるからである。 この場合必要な組成範囲における希土類元素Ｒ
とCoとの金属間化合物を示すと第１表のように
なる。表中×印は対応する金属間化合物が確認さ
れていないものである。
【表】
Ｒ−Co系合金組成をRXCo1-Xとした場合にＲの
原子比ＸをＸ＜0.20とすると、得られる薄膜組成
はR2Co17相、R5Co5相、R5Co19相、R2Co7相が主
体のものとなつてしまう。この組成の磁性薄膜で
は飽和磁化が大きくなり過ぎるために、磁気異方
性定数をKu、飽和磁化をMsとして与えられる垂
直磁化するための条件、Ku＞2πMs 2が満足されな
くなる。 このようにＸ＜0.20の組成条件では垂直磁化す
るための条件が満足されず、これに伴つて保磁力
として数千エルステツド以上のものを得ることは
困難である。 一方RXCo1-Xの組成において、Ｒの原子比Ｘを
Ｘ＞0.40に設定すると、得られる薄膜はRCo2相
が主体となつたものとなり、このRCo2相を主体
にする磁化薄膜は面内磁化膜であつて、面内磁化
膜としては高保磁力化したものが得られるが、飽
和磁化は小さくなり過ぎてしまう。 このように組成RXCo1-XにおけるＲの原子比Ｘ
の条件を0.20×0.40に保持した状態で、所定
の基板表面温度範囲、すなわち300℃〜600℃の基
板表面温度下（基板温度つまり基板支持体の温度
としては150℃〜180℃）で、RCo3相に近い組成
のターゲツトを使用し、RFスパツタリング法に
よつて石英基板上に磁性薄膜を作成した。 しかしこの段階で取り出した薄膜はすべてが垂
直磁化膜になるとは限らず再現性がよくなかつ
た。発明者等は磁性薄膜作成後の熱処理に着目し
て研究をかさねた結果、優れた特性の垂直磁化磁
性薄膜を得るための熱処理条件を見出した。 この熱処理の条件は以下の通りである。先ず薄
膜作成後基板表面温度を300℃〜600℃から150℃
〜180℃まで５分間に100℃以上の冷却速度で冷却
する。この冷却された150℃〜180℃の基板表面温
度下で基板を15分から３時間の間保持し、室温ま
で冷却して取り出すと垂直磁化磁性薄膜を安定に
且つ再現性よく得ることができる。 この場合膜面と垂直な方向に磁化を有するに十
分な磁気異方性を持つた薄膜を作成するためには
作成される薄膜の膜厚は数百Å以上にする必要が
ある。 例えば組成SmXCo1-XにおけるSmの原子比をＸ
＝0.29とし、厚みが0.3mmの石英基板上にRFスパ
ツタリングの手段により膜厚を2.1μｍに作成した
実施例において、得られた薄膜の断面構造を第１
図に示す。 第１図では石英基板１１上に、2.1μｍの厚みで
磁性薄膜１２が形成されている。磁性薄膜１２に
おいて膜面にほぼ垂直方向に髭状に現われている
のは破断面であり、これらの破断面に沿つて基板
１１から磁性薄膜１２に垂直な方向に微結晶
SmCo3相が柱状に成長していることが、発明者
等により確認された。 これらの微結晶SmCo3はその結晶粒径が数十
Å〜数百Åであり、その成長方向の長さは1000Å
のオーダーを有している。他のRXCo1-X（ＲはＹ
を含んでこれとCe、Pr、Nd、Smの少なくとも
一種以上の組合せ）についても、上記のように基
板から磁性薄膜に垂直な方向に微結晶YCO3、
CeCO3、PrCo3およびNdCo3相が単独で、あるい
は二種混相の状態で柱状に成長していることが発
明者等により確認されている。 例えば基板を水冷した状態で薄膜を作成し、前
述したような熱処理を行なわないと、得られる薄
膜は希土類元素Ｒの種類によらずアモルフアス化
していて保磁力の小さい面内磁化膜が得られる。 結晶RCo3相を得るためには基板を所定の温度
に加熱した状態で薄膜を作成して結晶化を行なわ
せる必要がある。従つて組成RXCo1-XにおけるＲ
の原子比を所定の条件0.20Ｘ0.40に設定し、
温度を所定の条件に設定した状態で薄膜を作成す
ることが必要で、このようにするとその組成中に
微結晶YCo3、CeCo3、PrCo3、NdCo3および
SmCo3相を単独あるいは二種類混相した状態で
含む薄膜を得ることができる。 この場合の基板の加熱には、加熱電力を直接基
板に供給して行なう直接加熱の方法が基本的には
採用される。しかし所望の条件で結晶RCo3相を
得るためには微妙な温度調整を行なうことが必要
であり、この発明においては基板の直接加熱法に
イオン化原子照射法を併用した。 すなわちスパツタリング法で薄膜を作成する場
合には、例えばアルゴンなどの導入不活性ガスの
圧力を上げることにより、基板面がアルゴンガス
中のイオン化された原子でたたかれ易くすると、
イオン化された原子の衝突により基板表面温度を
上昇させることができる。この導入ガス圧力を上
昇させる方法や基板に負のバイアスを印加する方
法は、基板を直接加熱する方法と併用して基板表
面温度の微調整を行なわせる場合に極めて効果的
である。 しかしこのような基板表面温度の微調整だけで
は安定した再現性のよい垂直磁化磁性薄膜を得る
ことはできない。 安定した再現性のよい垂直磁化磁性薄膜を得る
ためには、基板表面温度を300℃〜600℃に保持し
た状態で薄膜を作成後、150℃〜180℃まで５分間
に100℃以上の冷却速度で冷却し、且つ基板表面
温度が150℃〜180℃の状態で15分から３時間基板
を保持し、室温まで冷却して取り出すことが必要
である。 このようにして得られた磁性薄膜について、こ
の発明における垂直磁化するための条件を規定す
る磁気異方性定数Kuと希土類元素Ｒの原子比Ｘ
との関係について発明者等の行なつた実測結果を
第２図に示す。第２図で▲はYXCo1-Xを、△は
CeXCo1-Xを、□はPrXCo1-Xを、●はNdXCo1-Xを
〇はSmXCo1-Xをそれぞれ示している。 第２図で明らかなように組成RXCo1-Xにおける
Ｒの原子比Ｘの0.20Ｘ0.40の範囲においては
磁気異方性定数は正となつており、この範囲で垂
直磁化膜が形成され得ることが確認される。 又この発明により得られた垂直磁化磁性薄膜の
結晶構造はＸ線回析法により解析することができ
る。例えばSmXCo1-XにおけるSmの原子比がＸ＝
0.29の条件で、基板表面温度を約500℃にて保持
して作成した磁性薄膜について、薄膜作成後の熱
処理の方法を変化させた場合の薄膜のＸ線回析法
で得られた結果を第３図に示す。第３図Ａはスパ
ツタリングにより薄膜を作成後に約500℃から冷
却水を使用して室温まで急冷したものであり、
SmCo2、Sm2Co7相が析出しておりＣ軸の配向性
が悪く面内磁化膜が形成された状態となつてい
る。 第３図Ｂ，Ｃはこの発明の実施例で得られたも
のであり、Ｂは基板を150℃に冷却した状態で20
分保持して室温まで冷却したものであり、Ｃは基
板を約500℃から５分間に100℃の冷却速度で150
℃に冷却した状態で150分保持して室温まで冷却
したものである。いずれも組成中SmCo3相が主
体となつており、垂直磁化膜が形成されている。
第３図Ｄは基板を150℃に冷却後で４時間保持し
たものであり、SmCo3相は現われているがＣ軸
の配向性が悪い。 第３図Ｅは約500℃から基板を10時間かけて室
温まで自然冷却したものであり、組成はSmCo3
相が主体となつているがＣ軸の配向性が悪く垂直
磁化膜は形成されていない。 第４図Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅは第３図Ａ，Ｂ，
Ｃ，Ｄ，Ｅにそれぞれ対応して得られた磁性薄膜
の磁化曲線（実線は膜面に垂直に磁場をかけた場
合、点線は膜面に平行に磁場をかけた場合に対応
している）を示す。第４図Ｂ，Ｃに示した磁性薄
膜のみが垂直磁化膜を形成していることが確認さ
れる。 基板表面温度300℃〜600℃の状態から冷却して
到達させる温度は150℃〜180℃が望ましい。この
到達温度範囲よりも低い温度まで温度を低下させ
ると急冷に近い状態となり、他相が混入したりＣ
軸の配向性が悪くなつて面内磁化膜が形成された
状態となつてしまう。一方この到達温度範囲より
も高い温度で冷却を中止するとＣ軸の配向性が悪
くなり面内磁化膜が形成された状態となつてしま
う。 基板表面温度を300℃〜600℃の状態から150℃
〜180℃に低下させる冷却速度については、５分
間に100℃以上の冷却速度が好ましく、これ以下
では垂直磁化膜を形成することができなかつた。 基板表面温度が300℃以下では前述のようにア
モルフアス化した薄膜が得られ、基板表面温度を
600℃を越えて上昇させると微結晶RCo3相が安定
して得られず、他のR2Co7相、RCo2相などが混
在するおそれがある。また温度が高すぎると薄膜
作成中真空槽内の残留酸素により酸化現象が生じ
て、所定の組成が得られなくなる。 またアルゴンガスの圧力を増加しすぎると、イ
オン化された原子が基板と激しく衝突するために
薄膜表面に剥離現象が生じて望ましくない。 以上のように薄膜作成後この発明の熱処理を行
なえば、垂直磁化磁性薄膜が安定に且つ再現性よ
く得られることが確認された。この発明の方法で
作成された垂直磁化磁性薄膜の保磁力を測定して
第２表に示す結果が得られた。 この発明の製造方法により作製される垂直磁化
磁性薄膜は各種の高保磁力磁性薄膜を応用した装
置に適用されてその効果を発揮することができ
る。 以上詳細に説明したようにこの発明によると、
基板表面温度を300℃〜600℃にして物理的薄膜形
成方法で薄膜を形成し、所定の熱処理をすること
により、Ｙを含みCe、Pr、Nd、Smの少なくと
も一種以上の組合せからなる希土類元素をＲとし
て、RCo系合金を使用し結晶RCo3相を含んだ組
成を有し、数千エルステツド以上の高保磁力を有
する垂直磁化磁性薄膜を安定に且つ再現性よく提
供することが可能となる。
原子比ＸをＸ＜0.20とすると、得られる薄膜組成
はR2Co17相、R5Co5相、R5Co19相、R2Co7相が主
体のものとなつてしまう。この組成の磁性薄膜で
は飽和磁化が大きくなり過ぎるために、磁気異方
性定数をKu、飽和磁化をMsとして与えられる垂
直磁化するための条件、Ku＞2πMs 2が満足されな
くなる。 このようにＸ＜0.20の組成条件では垂直磁化す
るための条件が満足されず、これに伴つて保磁力
として数千エルステツド以上のものを得ることは
困難である。 一方RXCo1-Xの組成において、Ｒの原子比Ｘを
Ｘ＞0.40に設定すると、得られる薄膜はRCo2相
が主体となつたものとなり、このRCo2相を主体
にする磁化薄膜は面内磁化膜であつて、面内磁化
膜としては高保磁力化したものが得られるが、飽
和磁化は小さくなり過ぎてしまう。 このように組成RXCo1-XにおけるＲの原子比Ｘ
の条件を0.20×0.40に保持した状態で、所定
の基板表面温度範囲、すなわち300℃〜600℃の基
板表面温度下（基板温度つまり基板支持体の温度
としては150℃〜180℃）で、RCo3相に近い組成
のターゲツトを使用し、RFスパツタリング法に
よつて石英基板上に磁性薄膜を作成した。 しかしこの段階で取り出した薄膜はすべてが垂
直磁化膜になるとは限らず再現性がよくなかつ
た。発明者等は磁性薄膜作成後の熱処理に着目し
て研究をかさねた結果、優れた特性の垂直磁化磁
性薄膜を得るための熱処理条件を見出した。 この熱処理の条件は以下の通りである。先ず薄
膜作成後基板表面温度を300℃〜600℃から150℃
〜180℃まで５分間に100℃以上の冷却速度で冷却
する。この冷却された150℃〜180℃の基板表面温
度下で基板を15分から３時間の間保持し、室温ま
で冷却して取り出すと垂直磁化磁性薄膜を安定に
且つ再現性よく得ることができる。 この場合膜面と垂直な方向に磁化を有するに十
分な磁気異方性を持つた薄膜を作成するためには
作成される薄膜の膜厚は数百Å以上にする必要が
ある。 例えば組成SmXCo1-XにおけるSmの原子比をＸ
＝0.29とし、厚みが0.3mmの石英基板上にRFスパ
ツタリングの手段により膜厚を2.1μｍに作成した
実施例において、得られた薄膜の断面構造を第１
図に示す。 第１図では石英基板１１上に、2.1μｍの厚みで
磁性薄膜１２が形成されている。磁性薄膜１２に
おいて膜面にほぼ垂直方向に髭状に現われている
のは破断面であり、これらの破断面に沿つて基板
１１から磁性薄膜１２に垂直な方向に微結晶
SmCo3相が柱状に成長していることが、発明者
等により確認された。 これらの微結晶SmCo3はその結晶粒径が数十
Å〜数百Åであり、その成長方向の長さは1000Å
のオーダーを有している。他のRXCo1-X（ＲはＹ
を含んでこれとCe、Pr、Nd、Smの少なくとも
一種以上の組合せ）についても、上記のように基
板から磁性薄膜に垂直な方向に微結晶YCO3、
CeCO3、PrCo3およびNdCo3相が単独で、あるい
は二種混相の状態で柱状に成長していることが発
明者等により確認されている。 例えば基板を水冷した状態で薄膜を作成し、前
述したような熱処理を行なわないと、得られる薄
膜は希土類元素Ｒの種類によらずアモルフアス化
していて保磁力の小さい面内磁化膜が得られる。 結晶RCo3相を得るためには基板を所定の温度
に加熱した状態で薄膜を作成して結晶化を行なわ
せる必要がある。従つて組成RXCo1-XにおけるＲ
の原子比を所定の条件0.20Ｘ0.40に設定し、
温度を所定の条件に設定した状態で薄膜を作成す
ることが必要で、このようにするとその組成中に
微結晶YCo3、CeCo3、PrCo3、NdCo3および
SmCo3相を単独あるいは二種類混相した状態で
含む薄膜を得ることができる。 この場合の基板の加熱には、加熱電力を直接基
板に供給して行なう直接加熱の方法が基本的には
採用される。しかし所望の条件で結晶RCo3相を
得るためには微妙な温度調整を行なうことが必要
であり、この発明においては基板の直接加熱法に
イオン化原子照射法を併用した。 すなわちスパツタリング法で薄膜を作成する場
合には、例えばアルゴンなどの導入不活性ガスの
圧力を上げることにより、基板面がアルゴンガス
中のイオン化された原子でたたかれ易くすると、
イオン化された原子の衝突により基板表面温度を
上昇させることができる。この導入ガス圧力を上
昇させる方法や基板に負のバイアスを印加する方
法は、基板を直接加熱する方法と併用して基板表
面温度の微調整を行なわせる場合に極めて効果的
である。 しかしこのような基板表面温度の微調整だけで
は安定した再現性のよい垂直磁化磁性薄膜を得る
ことはできない。 安定した再現性のよい垂直磁化磁性薄膜を得る
ためには、基板表面温度を300℃〜600℃に保持し
た状態で薄膜を作成後、150℃〜180℃まで５分間
に100℃以上の冷却速度で冷却し、且つ基板表面
温度が150℃〜180℃の状態で15分から３時間基板
を保持し、室温まで冷却して取り出すことが必要
である。 このようにして得られた磁性薄膜について、こ
の発明における垂直磁化するための条件を規定す
る磁気異方性定数Kuと希土類元素Ｒの原子比Ｘ
との関係について発明者等の行なつた実測結果を
第２図に示す。第２図で▲はYXCo1-Xを、△は
CeXCo1-Xを、□はPrXCo1-Xを、●はNdXCo1-Xを
〇はSmXCo1-Xをそれぞれ示している。 第２図で明らかなように組成RXCo1-Xにおける
Ｒの原子比Ｘの0.20Ｘ0.40の範囲においては
磁気異方性定数は正となつており、この範囲で垂
直磁化膜が形成され得ることが確認される。 又この発明により得られた垂直磁化磁性薄膜の
結晶構造はＸ線回析法により解析することができ
る。例えばSmXCo1-XにおけるSmの原子比がＸ＝
0.29の条件で、基板表面温度を約500℃にて保持
して作成した磁性薄膜について、薄膜作成後の熱
処理の方法を変化させた場合の薄膜のＸ線回析法
で得られた結果を第３図に示す。第３図Ａはスパ
ツタリングにより薄膜を作成後に約500℃から冷
却水を使用して室温まで急冷したものであり、
SmCo2、Sm2Co7相が析出しておりＣ軸の配向性
が悪く面内磁化膜が形成された状態となつてい
る。 第３図Ｂ，Ｃはこの発明の実施例で得られたも
のであり、Ｂは基板を150℃に冷却した状態で20
分保持して室温まで冷却したものであり、Ｃは基
板を約500℃から５分間に100℃の冷却速度で150
℃に冷却した状態で150分保持して室温まで冷却
したものである。いずれも組成中SmCo3相が主
体となつており、垂直磁化膜が形成されている。
第３図Ｄは基板を150℃に冷却後で４時間保持し
たものであり、SmCo3相は現われているがＣ軸
の配向性が悪い。 第３図Ｅは約500℃から基板を10時間かけて室
温まで自然冷却したものであり、組成はSmCo3
相が主体となつているがＣ軸の配向性が悪く垂直
磁化膜は形成されていない。 第４図Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅは第３図Ａ，Ｂ，
Ｃ，Ｄ，Ｅにそれぞれ対応して得られた磁性薄膜
の磁化曲線（実線は膜面に垂直に磁場をかけた場
合、点線は膜面に平行に磁場をかけた場合に対応
している）を示す。第４図Ｂ，Ｃに示した磁性薄
膜のみが垂直磁化膜を形成していることが確認さ
れる。 基板表面温度300℃〜600℃の状態から冷却して
到達させる温度は150℃〜180℃が望ましい。この
到達温度範囲よりも低い温度まで温度を低下させ
ると急冷に近い状態となり、他相が混入したりＣ
軸の配向性が悪くなつて面内磁化膜が形成された
状態となつてしまう。一方この到達温度範囲より
も高い温度で冷却を中止するとＣ軸の配向性が悪
くなり面内磁化膜が形成された状態となつてしま
う。 基板表面温度を300℃〜600℃の状態から150℃
〜180℃に低下させる冷却速度については、５分
間に100℃以上の冷却速度が好ましく、これ以下
では垂直磁化膜を形成することができなかつた。 基板表面温度が300℃以下では前述のようにア
モルフアス化した薄膜が得られ、基板表面温度を
600℃を越えて上昇させると微結晶RCo3相が安定
して得られず、他のR2Co7相、RCo2相などが混
在するおそれがある。また温度が高すぎると薄膜
作成中真空槽内の残留酸素により酸化現象が生じ
て、所定の組成が得られなくなる。 またアルゴンガスの圧力を増加しすぎると、イ
オン化された原子が基板と激しく衝突するために
薄膜表面に剥離現象が生じて望ましくない。 以上のように薄膜作成後この発明の熱処理を行
なえば、垂直磁化磁性薄膜が安定に且つ再現性よ
く得られることが確認された。この発明の方法で
作成された垂直磁化磁性薄膜の保磁力を測定して
第２表に示す結果が得られた。 この発明の製造方法により作製される垂直磁化
磁性薄膜は各種の高保磁力磁性薄膜を応用した装
置に適用されてその効果を発揮することができ
る。 以上詳細に説明したようにこの発明によると、
基板表面温度を300℃〜600℃にして物理的薄膜形
成方法で薄膜を形成し、所定の熱処理をすること
により、Ｙを含みCe、Pr、Nd、Smの少なくと
も一種以上の組合せからなる希土類元素をＲとし
て、RCo系合金を使用し結晶RCo3相を含んだ組
成を有し、数千エルステツド以上の高保磁力を有
する垂直磁化磁性薄膜を安定に且つ再現性よく提
供することが可能となる。
第１図はこの発明の垂直磁化磁性薄膜の断面構
造を示す断面図、第２図はこの発明の垂直磁化磁
性薄膜の製造方法により作成した垂直磁化磁性薄
膜の実施例における希土類元素Ｒの原子比と磁気
異方性定数との関係を示す図、第３図Ａ〜Ｅは薄
膜作成後の各熱処理条件における薄膜の結晶構造
を示すＸ線回折図形を示す図、第４図Ａ〜Ｅは第
３図Ａ〜Ｅにそれぞれ対応した薄膜の磁化曲線を
示す図である。 １１：基板、１２：磁性薄膜、Ｘ：希土類元素
Ｒの原子比、Ku：磁気異方性定数、Ms：飽和磁
化。
造を示す断面図、第２図はこの発明の垂直磁化磁
性薄膜の製造方法により作成した垂直磁化磁性薄
膜の実施例における希土類元素Ｒの原子比と磁気
異方性定数との関係を示す図、第３図Ａ〜Ｅは薄
膜作成後の各熱処理条件における薄膜の結晶構造
を示すＸ線回折図形を示す図、第４図Ａ〜Ｅは第
３図Ａ〜Ｅにそれぞれ対応した薄膜の磁化曲線を
示す図である。 １１：基板、１２：磁性薄膜、Ｘ：希土類元素
Ｒの原子比、Ku：磁気異方性定数、Ms：飽和磁
化。
Claims (1)
- １ 膜面と垂直な方向に磁化容易軸を有する希土
類−遷移金属系合金薄膜で、全組成中Ｙを含みこ
れとCe、Pr、Nd、Smの少なくとも１種以上の
元素の組合せからなる希土類元素Ｒの原子比が20
〜40原子％を占め残部がCoよりなる組成を有し、
結晶RCo3相と非晶質部とから構成される垂直磁
化磁性薄膜の製造方法において、基板表面温度を
300℃〜600℃に保持して前記基板上に薄膜を形成
し、この薄膜が形成された基板をその表面温度が
150℃〜180℃に低下するまで、５分間に100℃以
上の冷却速度で冷却し、前記基板の表面温度が
150℃〜180℃の状態で15分乃至３時間保持して室
温まで冷却することを特徴とする垂直磁化磁性薄
膜の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23700483A JPS60127715A (ja) | 1983-12-14 | 1983-12-14 | 垂直磁化磁性薄膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23700483A JPS60127715A (ja) | 1983-12-14 | 1983-12-14 | 垂直磁化磁性薄膜の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60127715A JPS60127715A (ja) | 1985-07-08 |
| JPH0259610B2 true JPH0259610B2 (ja) | 1990-12-13 |
Family
ID=17008956
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23700483A Granted JPS60127715A (ja) | 1983-12-14 | 1983-12-14 | 垂直磁化磁性薄膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60127715A (ja) |
-
1983
- 1983-12-14 JP JP23700483A patent/JPS60127715A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60127715A (ja) | 1985-07-08 |
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