JPH05140737A - Iron nitride magnetic thin film-containing laminated body and its manufacture - Google Patents

Iron nitride magnetic thin film-containing laminated body and its manufacture

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JPH05140737A
JPH05140737A JP32950991A JP32950991A JPH05140737A JP H05140737 A JPH05140737 A JP H05140737A JP 32950991 A JP32950991 A JP 32950991A JP 32950991 A JP32950991 A JP 32950991A JP H05140737 A JPH05140737 A JP H05140737A
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JP
Japan
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thin film
substrate
film
iron nitride
gas
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Application number
JP32950991A
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Japanese (ja)
Inventor
Mikio Kinoshita
幹夫 木下
Wasaburo Ota
和三郎 太田
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Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To prevent the deterioration in the properties of a thin film by coating an iron nitride thin film with a silicone series oil film or a hydrocarbon series oil film. CONSTITUTION:A substrate 11 is set to a negative potential electrode 10 on the upper part of a vacuum bell jar 2 in an atmosphere of an inert gas (nitrogen gas). With an interposed grid 7 in a positive potential electrode, an evaporating source 3 and a filament 5 for generating thermoelectrons are constituted on the lower part. Thus, ionized evaporating materials pass through the grid 7 and are accelerated toward the substrate 11. Because the substrate 11 does not receive an impact caused by electrons, even plastics in which the rise of temp. is small and having no heat resistance can be used as a substrate. In this way, immediately after the formation of a thin film, for preventing its oxidation, cold liquid silicone oil or hydrocarbon oil is sprayed and is formed as a protective layer for preventing oxidation.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【技術分野】本発明は、窒化鉄磁性薄膜(以下窒化鉄薄
膜という)含有積層体とその製法に関するものである。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to an iron nitride magnetic thin film (hereinafter referred to as iron nitride thin film) -containing laminate and a method for producing the same.

【0002】[0002]

【従来技術】被薄膜形成基板上(以下、基板という)に
窒化鉄薄膜を形成する手段はいままで、種々のものが提
案され、その方法も極めて多岐にわたっている。従来、
蒸発源と被蒸着物との間に高周波電磁界を発生させて、
活性或いは不活性ガス中で蒸発した物質をイオン化して
真空蒸着を行う所謂イオンプレーティング法があった
(特公昭52−29971号等)。しかし、これらの技
術では、組成制御を良好に行ない、形成される窒化鉄相
を再現性良く制御することは困難であった。窒化鉄中、
常温で安定な相としては、ε−FexN(x=2−
3)、γ′−Fe4Nが知られている。従来、高い磁束
密度を有する磁性膜を提供するため、窒化鉄薄膜形成が
検討されてきた。薄膜の磁束密度を、低下させないた
め、窒化鉄薄膜の形成にあっては、これらの相の出現を
抑制する必要がある。そして、好ましい磁束密度を得る
ために、薄膜中に、窒素マルテンサイト相および/また
はα″Fe162を出現させることが望ましい。しかし
ながら窒素濃度が低い領域においても、これらε−Fe
xN(x=2−3)、γ′−Fe4N相の析出を抑制す
ることは困難であった。特に、これらε−FexN(x
=2−3)、γ′−Fe4N相の析出・結晶化を抑制す
るため、常温から200℃付近の、比較的低い基板温度
領域において反応を行おうとすると、その反応性の低さ
が問題となる。また特に反応性成膜を用い、窒化鉄薄膜
形成を行なった場合でも、薄膜形成後の酸化により、薄
膜特性が損なわれるという問題があった。
2. Description of the Related Art Up to now, various means have been proposed for forming an iron nitride thin film on a substrate on which a thin film is formed (hereinafter referred to as a substrate), and the methods therefor are extremely diverse. Conventionally,
A high-frequency electromagnetic field is generated between the evaporation source and the deposition target,
There is a so-called ion plating method in which a substance evaporated in an active or inert gas is ionized to perform vacuum deposition (Japanese Patent Publication No. 52-29971, etc.). However, with these techniques, it was difficult to control the composition satisfactorily and to control the iron nitride phase formed with good reproducibility. In iron nitride,
As a stable phase at room temperature, ε-FexN (x = 2-
3), γ'-Fe 4 N is known. Conventionally, formation of an iron nitride thin film has been studied in order to provide a magnetic film having a high magnetic flux density. Since the magnetic flux density of the thin film is not reduced, it is necessary to suppress the appearance of these phases when forming the iron nitride thin film. Then, in order to obtain a preferable magnetic flux density, it is desirable to make the nitrogen martensite phase and / or α ″ Fe 16 N 2 appear in the thin film. However, even in the region where the nitrogen concentration is low, these ε-Fe
It was difficult to suppress the precipitation of xN (x = 2-3) and γ'-Fe 4 N phases. In particular, these ε-FexN (x
= 2-3), in order to suppress the precipitation and crystallization of the γ'-Fe 4 N phase, when the reaction is attempted in a relatively low substrate temperature range from room temperature to about 200 ° C, the reactivity is low. It becomes a problem. Further, even when the iron nitride thin film is formed by using the reactive film formation, there is a problem that the thin film characteristics are deteriorated by the oxidation after the thin film formation.

【0003】[0003]

【目的】本発明の目的は、低基板温度で形成された窒化
鉄磁性薄膜の酸化を効果的に防止し、窒化鉄薄膜の組成
制御が再現性よく達成された高品質で良好な特性を持つ
窒化鉄薄膜含有積層体とその製法を提供する点にある。
[Objective] The object of the present invention is to effectively prevent the oxidation of the iron nitride magnetic thin film formed at a low substrate temperature, to achieve the composition control of the iron nitride thin film with high reproducibility, and to have high quality and good characteristics. The present invention is to provide an iron nitride thin film-containing laminate and a method for producing the same.

【0004】[0004]

【構成】本発明の第一は、基板、その上に形成された窒
化鉄磁性薄膜、さらにその上に形成されたシリコーン系
油脂膜または炭化水素系油脂膜からなることを特徴とす
る窒化鉄磁性薄膜含有積層体に関する。本発明の第二
は、基板、その上に形成された窒化鉄磁性薄膜、さらに
その上に形成された酸化防止用保護層、さらに前記保護
層の上に形成されたシリコーン系油脂膜または炭化水素
系油脂膜からなることを特徴とする窒化鉄磁性薄膜含有
積層体に関する。本発明の第三は、基板を、グリットか
ら基板に向かう電界とグリッドから蒸発源に向かう電界
とが逆向きになっている真空槽内に置き、窒素ガスまた
はアンモニアガス単独、あるいは窒素ガスとアンモニア
ガスからなる混合ガス、もしくはこれらのガスと不活性
ガスとの混合ガスを真空槽内に導入し、200℃以下に
保たれた基板上に、窒化鉄磁性薄膜を形成した後、酸素
を含む気体にさらされる前にシリコーン系油脂膜または
炭化水素系油脂膜を形成することを特徴とする窒化鉄磁
性薄膜含有積層体の製法に関する。本発明の第四は、基
板を、グリットから基板に向かう電界とグリッドから蒸
発源に向かう電界とが逆向きになっている真空槽内に置
き、窒素ガスまたはアンモニアガス単独、あるいは窒素
ガスとアンモニアガスからなる混合ガス、もしくはこれ
らのガスと不活性ガスとの混合ガスを真空槽内に導入
し、200℃以下に保たれた基板上に、窒化鉄磁性薄膜
を形成した後、酸素を含む気体にさらされる前に酸化防
止用保護膜を形成し、ついでシリコーン系油脂膜または
炭化水素系油脂膜を形成することを特徴とする窒化鉄磁
性薄膜含有積層体の製法に関する。
According to a first aspect of the present invention, an iron nitride magnetic material comprising a substrate, an iron nitride magnetic thin film formed thereon, and a silicone oil film or a hydrocarbon oil film formed thereon. A thin film-containing laminate. A second aspect of the present invention is to provide a substrate, an iron nitride magnetic thin film formed on the substrate, an antioxidant protective layer formed on the substrate, and a silicone oil film or hydrocarbon formed on the protective layer. The present invention relates to a laminated body containing an iron nitride magnetic thin film, which is composed of a system oil and fat film. A third aspect of the present invention is to place the substrate in a vacuum chamber in which the electric field from the grit to the substrate and the electric field from the grid to the evaporation source are opposite to each other, and nitrogen gas or ammonia gas alone, or nitrogen gas and ammonia gas is used. A mixed gas of gases or a mixed gas of these gases and an inert gas is introduced into a vacuum chamber, and an iron nitride magnetic thin film is formed on a substrate kept at 200 ° C or lower, and then a gas containing oxygen. The present invention relates to a method for producing a laminated body containing an iron nitride magnetic thin film, which comprises forming a silicone-based oil / fat film or a hydrocarbon-based oil / fat film before being exposed to water. In a fourth aspect of the present invention, the substrate is placed in a vacuum chamber in which the electric field from the grit to the substrate and the electric field from the grid to the evaporation source are opposite to each other, and nitrogen gas or ammonia gas alone or nitrogen gas and ammonia gas is used. A mixed gas of gases or a mixed gas of these gases and an inert gas is introduced into a vacuum chamber, and an iron nitride magnetic thin film is formed on a substrate kept at 200 ° C or lower, and then a gas containing oxygen. The present invention relates to a method for producing an iron nitride magnetic thin film-containing laminate, which comprises forming an antioxidation protective film before being exposed to water, and then forming a silicone oil film or a hydrocarbon oil film.

【0005】本発明方法に用いる薄膜形成装置は、公知
の薄膜形成装置がいずれも使用できるが、とりわけ本発
明者の1人である太田の開発した特公平1−53351
号公報記載の薄膜蒸着装置を使用することが好ましい。
この構成と原理は、真空槽と、対電極と、グリッドと、
熱電子発生用のフィラメントと、蒸発源とを有し、真空
槽内には、窒素ガスまたはアンモニアガス単独、あるい
は窒素ガスとアンモニアガスからなる混合ガス、もしく
はこれらのガスとアルゴン等の不活性ガスとの混合ガス
が導入される。対電極は真空槽内に配備され、基板を保
持し、かつ、上記基板を蒸発源と対向させられている。
グリッドは、蒸発物質を通過させうるものであって、蒸
発源と対電極間に配備され、フィラメントおよび対電極
の電位にたいして正電位におかれる。従って、真空槽内
に、グリッドから基板に向かう電界と、グリッドから蒸
発源に向かう電界とが逆向きに形成される。熱電子発生
用のフィラメントは、真空槽内に、上記グリッドに関
し、蒸発源側に配備され、このフィラメントにより発生
する熱電子は、蒸発物質の一部をイオン化するのに供さ
れる。蒸発源からの蒸発物質は、その一部が、フィラメ
ントからの電子により正イオンにイオン化される。この
ように一部イオン化された蒸発物質は、グリッドを通過
し、さらに、イオン化されたガスにより正イオンにイオ
ン化を促進され、上記電界の作用により基板の方へと加
速される。なお、フィラメントからの電子は、フィラメ
ント温度に対応する運動エネルギーをもって、フィラメ
ントから放射されるので、正電位のグリッドに直ちに吸
引されずに、これを通過し、グリッドによるクーロン力
により引き戻され、更に、グリッドを通過し、というよ
うに、グリッドを中心として振動運動を繰返し、遂には
グリッドに吸収されるので基板へは達せず、基板は電子
衝撃を受けないので、それによる加熱がなく基板の温度
上昇が防止できる。従って、プラスチックスのような耐
熱性の無い材質のものでも、基板とすることができる。
かくして、低温の基板上においても、窒素が十分に鉄中
に取り込まれる。とくに、基板温度が200℃以下の低
い基板温度領域で薄膜形成をおこなつた場合、窒素マル
テンサイト相またはα″Fe162を含む窒化鉄薄膜が
形成され、薄膜の磁束密度向上に寄与する。しかし、低
い基板温度においては、薄膜中の欠陥が十分に緩和され
ない。かくして、このように形成された窒化鉄薄膜は、
薄膜形成後、直ちに薄膜中に大気中の酸素が取り込ま
れ、酸化による薄膜劣化を生ずる。この酸化を防止する
ため、酸化防止層を窒化鉄薄膜上に形成することが考え
られるが、窒化鉄薄膜は結晶性であるため、薄膜には粒
界が存在する。この窒化鉄薄膜上に常温で固体の酸化防
止膜を形成した場合、下地である窒化鉄薄膜の粒界に沿
って間隙が生じ、酸化を完全に抑制することは困難であ
る。また、前記薄膜中の欠陥は、薄膜形成直後に真空中
でアニール処理を行うことによりその欠陥を緩和してお
くことが好ましい。基板上に窒化鉄層を形成するときの
前記装置の好ましい使用条件は、 導入ガスは窒素ガス、 導入ガスの圧力範囲は100〜1/102Paであり、 成膜レートは0.1〜100Å/Sであり、 グリッド印加電圧は、300V以下であり、 グリッドの単位面積に流れる電流密度が1〜1000A/m
2 である。
A thin film forming apparatus used in the method of the present invention is known.
Although any of the thin film forming equipment of
Tokuhei 1-53351 developed by Ota, one of the luminaries
It is preferable to use the thin film vapor deposition apparatus described in the publication.
The structure and principle is that the vacuum chamber, the counter electrode, the grid,
It has a filament for thermionic generation and an evaporation source, and a vacuum
Nitrogen gas or ammonia gas alone, or
Is a mixed gas consisting of nitrogen gas and ammonia gas, or
Is a mixed gas of these gases and an inert gas such as argon
Will be introduced. The counter electrode is placed in a vacuum chamber to hold the substrate.
And the substrate is opposed to the evaporation source.
The grid allows vaporized material to pass through, and
Deployed between source and counter electrode, filament and counter electrode
It is placed at a positive potential with respect to the potential of. Therefore, in the vacuum chamber
The electric field from the grid to the substrate and the steam from the grid
The electric field toward the source is formed in the opposite direction. Thermoelectron generation
The filament for the
It is installed on the evaporation source side and is generated by this filament
The thermoelectrons that are used to ionize some of the vaporized material.
Be done. Some of the evaporation material from the evaporation source is
It is ionized into positive ions by the electrons from the electron. this
Partially ionized vaporized material passes through the grid
In addition, the ionized gas produces positive ions.
Is promoted, and is applied to the substrate by the action of the above electric field.
Be speeded up. The electrons from the filament are
With the kinetic energy corresponding to the
As it is emitted from the
It passes through this without being pulled, and the Coulomb force by the grid
Is pulled back by, and further passes through the grid.
As the center of the grid repeats the oscillating motion,
Since it is absorbed by the grid, it does not reach the substrate
Since it is not impacted, there is no heating due to it and the substrate temperature
The rise can be prevented. Therefore, it is resistant to plastics.
Even a material having no heat property can be used as the substrate.
Thus, even on cold substrates, nitrogen is not
Is taken into. Especially when the substrate temperature is lower than 200 ℃
If a thin film is formed in a high substrate temperature range, nitrogen
Tensitic phase or α ″ Fe16N2Iron nitride thin film containing
It is formed and contributes to the improvement of the magnetic flux density of the thin film. But low
At low substrate temperatures, the defects in the thin film are sufficiently relaxed.
Absent. Thus, the iron nitride thin film thus formed is
Immediately after forming the thin film, oxygen in the air is taken into the thin film.
This causes deterioration of the thin film due to oxidation. Prevent this oxidation
Therefore, it is possible to form an antioxidant layer on the iron nitride thin film.
However, since the iron nitride thin film is crystalline,
There is a world. On this iron nitride thin film, solid-state oxidation protection is performed at room temperature.
When a stop film is formed, it is aligned with the grain boundaries of the underlying iron nitride thin film.
Therefore, it is difficult to completely suppress the oxidation.
It In addition, the defects in the thin film are generated in the vacuum immediately after the thin film is formed.
The defects are alleviated by annealing at
Is preferred. When forming the iron nitride layer on the substrate
The preferred operating conditions of the above apparatus are that the introduction gas is nitrogen gas, and the introduction gas pressure range is 100~ 1/102Pa, film formation rate is 0.1 to 100Å / S, grid applied voltage is 300 V or less, and current density flowing in a unit area of the grid is 1 to 1000 A / m.
2  Is.

【0006】本発明では、前記酸化を確実に防止するた
め、シリコーン系油脂膜または炭化水素系油脂膜、好ま
しくは常温で液体であり、かつ不揮発性のシリコーン系
油脂膜または炭化水素系油脂膜を、酸素を含む雰囲気中
にさらす前に窒化鉄薄膜上に隙間なく形成することによ
り窒化鉄薄膜の酸化を防止するものである。そして、必
要に応じ前記油脂膜の形成に先立ち別途酸化防止用保護
膜を形成しておくと、前記油脂膜と窒化鉄薄膜が接触し
ないので、窒化鉄薄膜の酸化防止効果が一層持続する。
本発明は、とくに、基板温度が200℃以下の温度領域
において形成された窒素マルテンサイト相またはα″F
162を含む窒化鉄薄膜の場合に有効である。前記シ
リコーン系油脂としては、例えば
In the present invention, in order to reliably prevent the oxidation, a silicone oil film or a hydrocarbon oil film, preferably a non-volatile silicone oil film or a hydrocarbon oil film which is liquid at room temperature and is non-volatile. By forming the iron nitride thin film on the iron nitride thin film without leaving a gap before exposing it to the atmosphere containing oxygen, oxidation of the iron nitride thin film is prevented. If a protective film for oxidation prevention is separately formed prior to the formation of the oil-and-fat film, if necessary, the oil-and-fat film and the iron nitride thin film do not come into contact with each other, so that the effect of preventing oxidation of the iron nitride thin film is further maintained.
The present invention is particularly applicable to a nitrogen martensite phase or α ″ F formed in a temperature range where the substrate temperature is 200 ° C. or lower.
This is effective in the case of an iron nitride thin film containing e 16 N 2 . Examples of the silicone-based fats and oils include

【化1】 で示されるものが代表的であり、nは0〜13、Rは水
素、アルキル、置換または非置換フェニルであり、具体
的には、メチルシリコーンオイル、ジメチルシリコーン
オイル、メチルフェニルシリコーンオイル、ジフェニル
シリコーンオイル、クロロフェニルシリコーンオイルな
どがある。前記炭化水素系油脂としては、パラフィン系
および/またはナフテン系の常温液状の炭化水素ならす
べて使用できる。
[Chemical 1] And n is 0 to 13, R is hydrogen, alkyl, substituted or unsubstituted phenyl, and specifically, methyl silicone oil, dimethyl silicone oil, methylphenyl silicone oil, diphenyl silicone. Oil, chlorophenyl silicone oil, etc. As the hydrocarbon-based fats and oils, all paraffin-based and / or naphthene-based normal-temperature liquid hydrocarbons can be used.

【0007】また、酸化防止用保護層としては、アルミ
ニウム膜、窒化シリコン膜などの無機材料あるいはそれ
らの組合せをあげることができる。前記油脂膜やこの酸
化防止用保護層を形成するには、真空蒸着法あるいは
(真空または不活性ガス雰囲気下での)スプレー、スプ
レーコート、スピンコートあるいは浸潤等の方法を使用
することができる。
As the oxidation protection layer, an inorganic material such as an aluminum film or a silicon nitride film or a combination thereof can be used. In order to form the oil and fat film and the protective layer for preventing oxidation, a vacuum vapor deposition method or a method such as spraying (in a vacuum or an inert gas atmosphere), spray coating, spin coating or infiltration can be used.

【0008】以下、図示の実施例について説明する。図
において、ベースプレート1とベルジャー2とは、パッ
キング15を介して一体化され真空槽を形成している。ベ
ースプレート1は、支持体兼用の電極3,5,7,9により貫
通されているが、これら支持体兼用電極3などの貫通部
はもちろん気密状態であり、さらにこれら支持体兼用電
極3,5,7,9とベースプレート1とは電気的に絶縁されて
いる。またベースプレート1の中央部に穿設された孔1
Aは図示されていない真空排気系へ連結されている。一
対の支持体兼用電極3は、その間にタングステン、モリ
ブデンなどの金属をボート状に形成した抵抗加熱式の蒸
発源4を支持している。また、ボート状に代えてコイル
状にしてもよい。なお、このような蒸発源に替えて、電
子ビーム蒸発源など、従来の真空蒸着方式で用いられて
いる蒸発源を適宜使用することもできる。更に蒸発源を
複数個設置しても良い。一対の支持体兼用電極5の間に
は、タングステンなどによる熱電子発生用のフィラメン
ト6が支持されている。このフィラメント6の形状は、
複数本のフィラメントを平行に配列したり、あるいは網
目状にしたりするなどして、蒸発源から蒸発した蒸発物
質の粒子の拡がりをカバーするように定められている。
支持体兼用電極7には、グリッド8が支持されている。
このグリッドは、蒸発物質を通過させうる形状に、その
形状が定められているが、この例では網目状である。支
持体9には対電極10が支持され、その下位には、基板11
が適宜の方法で保持される。この状態を蒸発源4の側か
ら見れば、基板11の背後に対電極10が配備されることと
なる。さて、支持体兼用電極3,5,7,9は導電体であって
電極としての役割を兼ねており、それらの真空槽外へ突
出した端部間は図示のように種々の電源に接続されてい
る。まず、一対の支持体兼用電極3は蒸発用電源12を介
して接続されている。さらに、図示例の場合は、支持体
兼用電極7が、直流電圧電源14の正端子に接続され、支
持体兼用電極9が、接地されている。また、支持体兼用
電極5の両端には、フィラメント用電源13が接続されて
いる。実際には、これら電気的接続は、種々のスイッチ
類を含み、これらの操作により、成膜プロセスを実現す
るのであるが、これらスイッチ類は図中に示めされてい
ない。
The illustrated embodiment will be described below. In the figure, the base plate 1 and the bell jar 2 are integrated via a packing 15 to form a vacuum chamber. The base plate 1 is penetrated by the electrodes 3, 5, 7, 9 also serving as supports, but the penetrating portions of the electrodes 3 also serving as supports are of course in an airtight state, and the electrodes 3, 5, 7, 9 and the base plate 1 are electrically insulated. In addition, the hole 1 formed in the center of the base plate 1
A is connected to a vacuum exhaust system (not shown). The pair of support / electrodes 3 supports a resistance heating evaporation source 4 in which a metal such as tungsten or molybdenum is formed in a boat shape. Also, instead of the boat shape, a coil shape may be used. Note that instead of such an evaporation source, an evaporation source used in a conventional vacuum evaporation method such as an electron beam evaporation source can be appropriately used. Further, a plurality of evaporation sources may be installed. A filament 6 for generating thermoelectrons made of tungsten or the like is supported between the pair of support / electrodes 5. The shape of this filament 6 is
A plurality of filaments are arranged in parallel or formed in a mesh shape so as to cover the spread of the particles of the evaporation material evaporated from the evaporation source.
A grid 8 is supported on the support / electrode 7.
The shape of the grid is determined to be a shape that allows the vaporized substance to pass therethrough, but in this example, it is a mesh shape. A counter electrode 10 is supported on the support 9, and a substrate 11 is provided below the counter electrode 10.
Are held by an appropriate method. When this state is viewed from the evaporation source 4 side, the counter electrode 10 is arranged behind the substrate 11. Now, the electrodes 3,5,7,9 also serving as the support are conductors and also have a role as electrodes, and between the ends protruding to the outside of the vacuum chamber, various power sources are connected as shown in the figure. ing. First, the pair of support / electrodes 3 are connected via the evaporation power source 12. Further, in the case of the illustrated example, the support / combined electrode 7 is connected to the positive terminal of the DC voltage power supply 14, and the support / combined electrode 9 is grounded. A filament power source 13 is connected to both ends of the support / electrode 5. In practice, these electrical connections include various switches, and these operations realize the film forming process, but these switches are not shown in the figure.

【0009】以下、この装置例による窒化鉄薄膜形成に
ついて例を用いて説明する。基板11を図のようにセット
して、蒸着物質として金属鉄を蒸発源4に保持させる。
ここでは、たとえば蒸発源は抵抗加熱式蒸発源であると
する。真空槽内はあらかじめ、1/103〜1/108
aの圧力にされ、これに、必要に応じて、窒素ガスを単
独で、またはアンモニアガスを単独で、あるいはアルゴ
ン等の不活性ガスと共に100〜1/102Paの圧力で
導入される。ここでは、導入ガスは、例えば、窒素ガス
単独であるとする。この状態において、電源を作動させ
グリッド8に正の電位が印加され、対電極10は接地さ
れ、フィラメント6には電流が流される。ここでは、た
とえばグリッドは網目状であり+100Vの電位が印加さ
れており、フィラメントはタングステンワイヤーで400
Wの電力がかかっている。フィラメント6は抵抗加熱に
より加熱され、熱電子を放射する。真空槽内の窒素分
子、或いはアルゴン分子は、フィラメント6より放出さ
れた熱電子との衝突によってイオン化される。蒸発した
鉄の粒子は拡がりをもって、基板の側へ向かって飛行す
るが、その一部および前記導入ガスは、フィラメント6
より放出された熱電子との衝突によってイオン化され
る。このように、一部イオン化された鉄はグリッド8を
通過するが、その際、前記のようにグリッド近傍におい
て上下に振動運動する熱電子および、前記イオン化され
た導入ガスの衝突により、さらにイオン化が促進され
る。グリッド8を通過した蒸発物質中、いまだイオン化
されていない部分は、更に、グリッドと基板の間におい
て、前記イオン化された導入ガスとの衝突により、正イ
オンにイオン化され、イオン化率が高められる。このよ
うにして、正イオンにイオン化された鉄粒子、窒素粒子
は、グリッド8から対電極12に向かう電界の作用により
基板11に向かって加速され、基板に高エネルギーを持っ
て向かう。更にその途中、および基板表面において、窒
素と結合し、窒化鉄膜を基板に形成する。どの相が形成
されるかは、鉄と窒素の反応性に依存する。即ち真空槽
内の窒素分圧を高くし、グリッドに流れる電流値を大き
くし、成膜レートを低下させるほど、より窒化の進んだ
相が形成される。また、グリッド電圧に依存するエネル
ギーをもって導入ガスイオン、および鉄イオンは基板に
衝突する。このエネルギーに依存して形成される窒化鉄
薄膜の配向性、粒径、密度、膜応力を再現性良く制御で
きる。中でも、応用上重要な材料である窒素マルテンサ
イト相や、α″Fe162が形成される条件は、ガス圧
範囲は1/10〜1/102Paであり、グリッド電圧
範囲は15〜1000Vである。熱電子は最終的には、
その大部分がグリッド8に吸収され、一部の熱電子はグ
リッド8を通過するが、グリッド8と基板11との間
で、前記電界の作用によって、減速されるので、仮に基
板11に到達しても、同基板11を加熱するには到らな
い。このようにして、成膜時の基板温度が低い場合にお
いても、十分に、窒素が薄膜中に取り込まれ、上述した
成膜パラメータを適宜選択することにより、所定の組成
を有する窒化鉄薄膜を、制御性良く形成できる。ここ
で、薄膜中に存在する窒素の一部は、鉄格子中に侵入し
ていると考えられるが、成膜時の基板温度が、200℃
以下であるため、γ′Fe4N,ε−FexN(x=2
−3),ζ−Fe2N格子を形作るためのサイトに存在
するものはわずかであると考えられる。このため、窒素
マルテンサイト相や、α″Fe162が形成される。し
かしこの窒化鉄薄膜中には多数の転移、あるいは積層欠
陥などの欠陥が多数存在しており、薄膜を一旦空気にさ
らした場合、空気中に含まれる酸素が薄膜の欠陥を介し
て取り込まれる。この酸化は、常温においてもただちに
進行し、薄膜特性を著しく阻害する。このようにして一
旦薄膜中に取り込まれた酸素は、再び試料を真空雰囲気
中に戻しても、脱離しない。そこで、この酸化は、窒化
鉄薄膜上に形成された常温で液体であり、かつ不揮発性
のシリコーン系油脂または炭化水素系油脂の膜31によ
り防止できる。図2に、窒化鉄磁性薄膜含有積層体の一
実施例を示す。図3に、別の実施例の概略図を示す。図
2、3において、11は基板、22は窒化鉄薄膜、23
はシリコーン系油脂膜または炭化水素系油脂膜、24は
酸化防止用保護膜である。図3の積層体は、図1の薄膜
形成装置に、もう一つ別の蒸発源を設置し、アルミニウ
ム等を蒸発させ、窒化鉄薄膜22の表面上に、酸化防止
用保護膜24を形成し、ついで前記保護膜24の上に常
温で液体であり、かつ不揮発性のシリコーン系油脂膜ま
たは炭化水素系油脂膜23を形成したものである。ま
た、本発明においては、酸化防止用保護膜形成前、ある
いは形成後の任意の時点で、かつ酸素を含む雰囲気にさ
らす前に、不活性ガス中でアニール処理を行ない、前述
した欠陥を緩和すれば、極めて耐食性に優れる窒化鉄薄
膜が形成できる。このアニールにより、薄膜に存在する
欠陥が緩和される。この際、薄膜中に存在する窒素の一
部は、粒界に移動し、一部はα″Fe162を形成する
サイトに移動し、磁気特性が向上する。かくして薄膜の
耐食性の向上、飽和磁化向上に寄与すると考えられる。
なお、アニール時の基板温度も、200℃以下に保ち、
γ′−Fe4N,ε−FexN(x=2−3),ζ−F
2N析出を抑制することが望ましい。
The iron nitride thin film formation by this apparatus example will be described below with reference to an example. The substrate 11 is set as shown in the figure, and metallic iron is held by the evaporation source 4 as a vapor deposition substance.
Here, for example, the evaporation source is assumed to be a resistance heating type evaporation source. 1/10 3 to 1/10 8 P inside the vacuum chamber
The pressure is set to a, and if necessary, nitrogen gas alone, ammonia gas alone, or together with an inert gas such as argon is introduced at a pressure of 10 0 to 1/10 2 Pa. Here, the introduction gas is, for example, nitrogen gas alone. In this state, the power supply is operated to apply a positive potential to the grid 8, the counter electrode 10 is grounded, and a current is passed through the filament 6. Here, for example, the grid is mesh-shaped, a potential of +100 V is applied, and the filament is a tungsten wire, 400
W power is on. The filament 6 is heated by resistance heating and emits thermoelectrons. Nitrogen molecules or argon molecules in the vacuum chamber are ionized by collision with thermoelectrons emitted from the filament 6. The evaporated iron particles spread and fly toward the side of the substrate.
It is ionized by collision with the emitted thermoelectrons. In this way, the partially ionized iron passes through the grid 8, and at this time, due to the collision of the thermoelectrons that vibrate vertically in the vicinity of the grid as described above and the ionized introduction gas, further ionization occurs. Be promoted. The portion of the vaporized material that has passed through the grid 8 that has not been ionized is further ionized into positive ions by collision with the ionized introduction gas between the grid and the substrate, and the ionization rate is increased. In this way, the iron particles and nitrogen particles ionized into positive ions are accelerated toward the substrate 11 by the action of the electric field directed from the grid 8 to the counter electrode 12, and have high energy toward the substrate. Further, in the middle of the process and on the surface of the substrate, it is combined with nitrogen to form an iron nitride film on the substrate. Which phase is formed depends on the reactivity of iron and nitrogen. That is, the higher the partial pressure of nitrogen in the vacuum chamber, the larger the value of the current flowing through the grid, and the lower the film formation rate, the more advanced the nitriding phase is formed. Introduced gas ions and iron ions collide with the substrate with energy depending on the grid voltage. The orientation, grain size, density, and film stress of the iron nitride thin film formed depending on this energy can be controlled with good reproducibility. Above all, the conditions for forming the nitrogen martensite phase and α ″ Fe 16 N 2 which are important materials for application are such that the gas pressure range is 1/10 to 1/10 2 Pa and the grid voltage range is 15 to 1000 V. The thermoelectrons finally
Most of the electrons are absorbed by the grid 8 and some of the thermoelectrons pass through the grid 8. However, since they are decelerated by the action of the electric field between the grid 8 and the substrate 11, they reach the substrate 11. However, it does not reach the point where the substrate 11 is heated. In this way, even when the substrate temperature during film formation is low, nitrogen is sufficiently incorporated into the thin film, and by appropriately selecting the above-mentioned film formation parameters, an iron nitride thin film having a predetermined composition can be obtained. It can be formed with good controllability. Here, it is considered that some of the nitrogen present in the thin film has penetrated into the iron lattice, but the substrate temperature during film formation was 200 ° C.
Since it is below, γ′Fe 4 N, ε-FexN (x = 2
-3), It is considered that few exist in the sites for forming the ζ-Fe 2 N lattice. As a result, a nitrogen martensite phase and α ″ Fe 16 N 2 are formed.However, many defects such as many transitions and stacking faults are present in this iron nitride thin film, and the thin film is once exposed to air. When exposed, the oxygen contained in the air is taken in via defects in the thin film, and this oxidation immediately proceeds even at room temperature, significantly impairing the thin film characteristics. Therefore, even if the sample is returned to the vacuum atmosphere again, it is not desorbed, so this oxidation of the non-volatile silicone oil or hydrocarbon oil formed on the iron nitride thin film is liquid at room temperature and is non-volatile. This can be prevented by the film 31. Fig. 2 shows an embodiment of the iron nitride magnetic thin film-containing laminate, Fig. 3 shows a schematic view of another embodiment, and in Figs. Iron nitride thin film, 23
Is a silicone oil or fat film or a hydrocarbon oil film, and 24 is an antioxidant protective film. In the laminated body of FIG. 3, another evaporation source is installed in the thin film forming apparatus of FIG. 1 to evaporate aluminum or the like to form the oxidation protection film 24 on the surface of the iron nitride thin film 22. Then, a nonvolatile silicone oil film or hydrocarbon oil film 23 which is liquid at room temperature and which is non-volatile is formed on the protective film 24. Further, in the present invention, an annealing treatment is performed in an inert gas before the formation of the antioxidant protective film or at any time after the formation and before exposing to an atmosphere containing oxygen to alleviate the above-mentioned defects. If so, an iron nitride thin film having extremely excellent corrosion resistance can be formed. This annealing alleviates the defects existing in the thin film. At this time, a part of nitrogen existing in the thin film moves to the grain boundary and part of it moves to a site forming α ″ Fe 16 N 2 to improve the magnetic characteristics. Thus, the corrosion resistance of the thin film is improved, It is considered to contribute to the improvement of saturation magnetization.
The substrate temperature during annealing should also be kept below 200 ° C.
γ′-Fe 4 N, ε-FexN (x = 2-3), ζ-F
It is desirable to suppress e 2 N precipitation.

【0010】[0010]

【効果】本発明によれば、十分良好に窒素が薄膜に取り
込まれ、かつ、薄膜の飽和磁化を低下させるγ′−Fe
4N,ε−FexN(x=2−3),ζ−Fe2Nの結晶
化が抑制された窒素マルテンサイト相またはα″Fe16
2を含み、かつ、薄膜の酸化による薄膜特性劣化をシ
リコーン系油脂膜または炭化水素油脂膜により効果的に
抑制した窒化鉄薄膜を提供できるため、磁気記録の高密
度化に寄与する軟磁性薄膜材料の形成を行なうことがで
きるものである。
EFFECTS OF THE INVENTION According to the present invention, γ'-Fe which sufficiently well incorporates nitrogen into the thin film and reduces the saturation magnetization of the thin film.
Nitrogen martensite phase or α ″ Fe 16 in which crystallization of 4 N, ε-FexN (x = 2-3), ζ-Fe 2 N is suppressed
Since it is possible to provide an iron nitride thin film containing N 2 and effectively suppressing deterioration of thin film characteristics due to oxidation of the thin film by a silicone oil film or a hydrocarbon oil film, a soft magnetic thin film that contributes to high density of magnetic recording. The material can be formed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の方法で使用することが好ましい薄膜蒸
着装置の概略図である。
FIG. 1 is a schematic view of a thin film deposition apparatus preferably used in the method of the present invention.

【図2】本発明の窒化鉄磁性薄膜含有積層体の1実施例
を示す断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing one example of the iron nitride magnetic thin film-containing laminate of the present invention.

【図3】本発明の窒化鉄磁性薄膜含有積層体の他の実施
例を示す断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing another embodiment of the iron nitride magnetic thin film-containing laminate of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ベースプレート 1A 孔 2 ベルジャー 3 支持体兼用電極 4 蒸発源 5 支持体兼用電極 6 フィラメント 7 支持体兼用電極 8 グリッド 9 支持体兼用電極 10 対電極 11 基板 12 蒸発用電源 13 フィラメント用電源 14 直流電圧電源 15 パッキング 22 窒化鉄薄膜 23 シリコーン系油脂膜または炭化水素系油脂膜 24 酸化防止用保護膜 1 base plate 1A hole 2 bell jar 3 support / electrode 4 evaporation source 5 support / electrode 6 filament 7 support / electrode 8 grid 9 support / electrode 10 counter electrode 11 substrate 12 evaporation power supply 13 filament power supply 14 DC voltage power supply 15 Packing 22 Iron nitride thin film 23 Silicone oil film or hydrocarbon oil film 24 Antioxidant protective film

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板、その上に形成された窒化鉄磁性薄
膜、さらにその上に形成されたシリコーン系油脂膜また
は炭化水素系油脂膜からなることを特徴とする窒化鉄磁
性薄膜含有積層体。
1. An iron nitride magnetic thin film-containing laminate comprising a substrate, an iron nitride magnetic thin film formed thereon, and a silicone oil film or a hydrocarbon oil film formed thereon.
【請求項2】 基板、その上に形成された窒化鉄磁性薄
膜、さらにその上に形成された酸化防止用保護層、さら
に前記保護層の上に形成されたシリコーン系油脂膜また
は炭化水素系油脂膜からなることを特徴とする窒化鉄磁
性薄膜含有積層体。
2. A substrate, an iron nitride magnetic thin film formed thereon, an antioxidant protection layer formed thereon, and a silicone oil film or hydrocarbon oil formed on the protection layer. An iron nitride magnetic thin film-containing laminate comprising a film.
【請求項3】 基板を、グリットから基板に向かう電界
とグリッドから蒸発源に向かう電界とが逆向きになって
いる真空槽内に置き、窒素ガスまたはアンモニアガス単
独、あるいは窒素ガスとアンモニアガスからなる混合ガ
ス、もしくはこれらのガスと不活性ガスとの混合ガスを
真空槽内に導入し、200℃以下に保たれた基板上に、
窒化鉄磁性薄膜を形成した後、酸素を含む気体にさらさ
れる前にシリコーン系油脂膜または炭化水素系油脂膜を
形成することを特徴とする窒化鉄磁性薄膜含有積層体の
製法。
3. The substrate is placed in a vacuum chamber in which the electric field from the grit to the substrate and the electric field from the grid to the evaporation source are opposite to each other, and nitrogen gas or ammonia gas alone or nitrogen gas and ammonia gas is used. Or a mixed gas of these gases and an inert gas is introduced into a vacuum chamber, and the mixed gas is placed on a substrate kept at 200 ° C. or lower,
A method for producing a laminate containing an iron nitride magnetic thin film, comprising forming a magnetic oil thin film of silicon or a hydrocarbon oil based on a hydrocarbon oil film after forming the iron nitride magnetic thin film.
【請求項4】 基板を、グリットから基板に向かう電界
とグリッドから蒸発源に向かう電界とが逆向きになって
いる真空槽内に置き、窒素ガスまたはアンモニアガス単
独、あるいは窒素ガスとアンモニアガスからなる混合ガ
ス、もしくはこれらのガスと不活性ガスとの混合ガスを
真空槽内に導入し、200℃以下に保たれた基板上に、
窒化鉄磁性薄膜を形成した後、酸素を含む気体にさらさ
れる前に酸化防止用保護膜を形成し、ついでシリコーン
系油脂膜または炭化水素系油脂膜を形成することを特徴
とする窒化鉄磁性薄膜含有積層体の製法。
4. The substrate is placed in a vacuum chamber in which the electric field from the grit to the substrate and the electric field from the grid to the evaporation source are opposite to each other, and nitrogen gas or ammonia gas alone or nitrogen gas and ammonia gas is used. Or a mixed gas of these gases and an inert gas is introduced into a vacuum chamber, and the mixed gas is placed on a substrate kept at 200 ° C. or lower,
After forming the iron nitride magnetic thin film, an antioxidant protective film is formed before being exposed to a gas containing oxygen, and then a silicone-based oil / fat film or a hydrocarbon-based oil / fat film is formed. Manufacturing method of a laminated body containing.
JP32950991A 1991-11-18 1991-11-18 Iron nitride magnetic thin film-containing laminated body and its manufacture Pending JPH05140737A (en)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO1995004401A1 (en) 1993-07-27 1995-02-09 Fujitsu Limited Filter circuit

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WO1995004401A1 (en) 1993-07-27 1995-02-09 Fujitsu Limited Filter circuit

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