JPH05247602A - 高磁歪軟磁性合金膜 - Google Patents
高磁歪軟磁性合金膜Info
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- JPH05247602A JPH05247602A JP4975792A JP4975792A JPH05247602A JP H05247602 A JPH05247602 A JP H05247602A JP 4975792 A JP4975792 A JP 4975792A JP 4975792 A JP4975792 A JP 4975792A JP H05247602 A JPH05247602 A JP H05247602A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高磁歪を有し、かつ良好な軟質磁気特性を示
すセンサー用高磁歪軟磁性合金膜を提供する。 【構成】 本発明の高磁歪軟磁性合金膜は、膜中の平均
組成が式ＦeaＣobＭcＮd で示され、前記式の組成にお
いて、Ｆeは鉄，Ｃoはコバルト、ＭはジルコニウムＺ
r，ニオブＮb，タンタルＴa，チタンＴi，ハフニウムＨ
f，ホウ素Ｂおよびケイ素Ｓiよりなる群から一種類以上
選択された金属元素、Ｎは窒素であって、ａ，ｂ，ｃ，
ｄは原子％を表し、それぞれ 32≦ａ≦76，５≦ｂ≦5
0，60≦ａ＋ｂ≦92，３≦ｃ≦20，３≦ｄ≦25，ａ＋ｂ
＋ｃ＋ｄ＝100 である窒化合金膜である。
すセンサー用高磁歪軟磁性合金膜を提供する。 【構成】 本発明の高磁歪軟磁性合金膜は、膜中の平均
組成が式ＦeaＣobＭcＮd で示され、前記式の組成にお
いて、Ｆeは鉄，Ｃoはコバルト、ＭはジルコニウムＺ
r，ニオブＮb，タンタルＴa，チタンＴi，ハフニウムＨ
f，ホウ素Ｂおよびケイ素Ｓiよりなる群から一種類以上
選択された金属元素、Ｎは窒素であって、ａ，ｂ，ｃ，
ｄは原子％を表し、それぞれ 32≦ａ≦76，５≦ｂ≦5
0，60≦ａ＋ｂ≦92，３≦ｃ≦20，３≦ｄ≦25，ａ＋ｂ
＋ｃ＋ｄ＝100 である窒化合金膜である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は磁歪の効果により圧力や
トルクを検出するセンサーや、磁歪振動子用等として適
した高磁歪軟磁性合金膜に関するものである。
トルクを検出するセンサーや、磁歪振動子用等として適
した高磁歪軟磁性合金膜に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の高磁歪材料として、印加磁界を40
ｋＡ／ｍ以上まで強くすることができるならば、稀土類
合金が100×10~6以上の巨大な飽和磁歪定数を有し、鉄
Ｆe−コバルトＣoの２元合金が最大70×10~6の大きな飽
和磁歪定数を有することが知られている。
ｋＡ／ｍ以上まで強くすることができるならば、稀土類
合金が100×10~6以上の巨大な飽和磁歪定数を有し、鉄
Ｆe−コバルトＣoの２元合金が最大70×10~6の大きな飽
和磁歪定数を有することが知られている。
【０００３】しかしながら、センサー用や磁歪振動子用
等の高磁歪磁性合金は比較的小さな印加磁界の範囲で用
いられるものであり、代表的なものとして飽和磁歪定数
が40×10~6程度の13％アルミニウムＡl−鉄Ｆe合金や10
〜40×10~6程度の鉄Ｆe−ホウ素Ｂ系非晶質合金等があ
る。ここでセンサー等の用途としては20×10~6程度で軟
質磁気特性の良好な高磁歪磁性合金がよく用いられてい
る。即ち、センサー用や磁歪振動子用等の磁性合金は、
単に高磁歪であるばかりでなく、印加磁界に対して敏感
となるような軟質磁気特性を必要とされるものである。
等の高磁歪磁性合金は比較的小さな印加磁界の範囲で用
いられるものであり、代表的なものとして飽和磁歪定数
が40×10~6程度の13％アルミニウムＡl−鉄Ｆe合金や10
〜40×10~6程度の鉄Ｆe−ホウ素Ｂ系非晶質合金等があ
る。ここでセンサー等の用途としては20×10~6程度で軟
質磁気特性の良好な高磁歪磁性合金がよく用いられてい
る。即ち、センサー用や磁歪振動子用等の磁性合金は、
単に高磁歪であるばかりでなく、印加磁界に対して敏感
となるような軟質磁気特性を必要とされるものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】磁気デバイスに用いら
れる実用的な高磁歪材料としては、できるかぎり高い磁
歪定数と良好な軟質磁気特性を兼ね備えた高磁歪軟磁性
合金膜が求められている。この実用化されている高磁歪
材料の飽和磁歪定数は20×10~6程度であり、センサーの
高性能化や各種磁歪応用デバイスの小型化等を考慮した
場合、軟質磁気特性を有しつつ従来よりも高い磁歪定数
を有する材料が必要とされている。
れる実用的な高磁歪材料としては、できるかぎり高い磁
歪定数と良好な軟質磁気特性を兼ね備えた高磁歪軟磁性
合金膜が求められている。この実用化されている高磁歪
材料の飽和磁歪定数は20×10~6程度であり、センサーの
高性能化や各種磁歪応用デバイスの小型化等を考慮した
場合、軟質磁気特性を有しつつ従来よりも高い磁歪定数
を有する材料が必要とされている。
【０００５】本発明は、本来高磁歪であるＦe−Ｃo合金
に、窒素Ｎとの親和性の強い元素と窒素を加えた組成系
によって軟質磁気特性を併せ持たせることにより、良好
な軟質磁気特性と高磁歪を示す高磁歪軟磁性合金膜を提
供することを目的とする。
に、窒素Ｎとの親和性の強い元素と窒素を加えた組成系
によって軟質磁気特性を併せ持たせることにより、良好
な軟質磁気特性と高磁歪を示す高磁歪軟磁性合金膜を提
供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、膜中の平均組
成が式
成が式
【０００７】
【数１】ＦeaＣobＭcＮd で示され、前記式の組成において、Ｆeは鉄，Ｃoはコバ
ルト、ＭはジルコニウムＺr，ニオブＮb，タンタルＴ
a，チタンＴi，ハフニウムＨf，ホウ素Ｂおよびケイ素
Ｓiよりなる群から一種類以上選択された金属元素、Ｎ
は窒素であって、ａ，ｂ，ｃ，ｄは原子％を表し、それ
ぞれ
ルト、ＭはジルコニウムＺr，ニオブＮb，タンタルＴ
a，チタンＴi，ハフニウムＨf，ホウ素Ｂおよびケイ素
Ｓiよりなる群から一種類以上選択された金属元素、Ｎ
は窒素であって、ａ，ｂ，ｃ，ｄは原子％を表し、それ
ぞれ
【０００８】
【数２】32≦ａ≦76，５≦ｂ≦50，60≦ａ＋ｂ≦92，３
≦ｃ≦20，３≦ｄ≦25，ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１００ である高磁歪軟磁性合金膜を用いる。
≦ｃ≦20，３≦ｄ≦25，ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１００ である高磁歪軟磁性合金膜を用いる。
【０００９】この場合、粒径が６０ｎｍ以下の微結晶粒
を含有する上記高磁歪軟磁性合金膜は特に軟質磁気特性
が良好となる。
を含有する上記高磁歪軟磁性合金膜は特に軟質磁気特性
が良好となる。
【００１０】また、少なくとも合金膜作製時に膜厚方向
の組成が変調されており、組成変調波長が60nm以下であ
る上記高磁歪軟磁性合金膜はさらに軟質磁気特性が優れ
たものとなっている。
の組成が変調されており、組成変調波長が60nm以下であ
る上記高磁歪軟磁性合金膜はさらに軟質磁気特性が優れ
たものとなっている。
【００１１】
【作用】本発明の高磁歪軟磁性合金膜は、スパッタ法に
よりアルゴン等のスパッタガス中に窒素ガスを混合して
作製される窒化合金膜であり、Ｆe基合金中に窒素Ｎと
の親和性が強い金属元素Ｍを含んでいる。この窒化合金
膜は、スパッタ法による合金膜作製時に一様に窒化され
たものであっても良く、また膜厚方向に窒素等の組成が
変調された組成変調窒化合金膜となっていても良い。こ
のようにして作製される窒化合金膜は、成膜時において
は非晶質もしくはそれに近い状態にあるが、熱処理によ
り窒素等の拡散が生じて、Ｆe−Ｃo等の微結晶粒が生じ
るようになる。この熱処理により合金膜の構造が変化し
た状態において、本発明の高磁歪軟磁性合金膜は良好な
軟質磁気特性と高磁歪を示すものである。
よりアルゴン等のスパッタガス中に窒素ガスを混合して
作製される窒化合金膜であり、Ｆe基合金中に窒素Ｎと
の親和性が強い金属元素Ｍを含んでいる。この窒化合金
膜は、スパッタ法による合金膜作製時に一様に窒化され
たものであっても良く、また膜厚方向に窒素等の組成が
変調された組成変調窒化合金膜となっていても良い。こ
のようにして作製される窒化合金膜は、成膜時において
は非晶質もしくはそれに近い状態にあるが、熱処理によ
り窒素等の拡散が生じて、Ｆe−Ｃo等の微結晶粒が生じ
るようになる。この熱処理により合金膜の構造が変化し
た状態において、本発明の高磁歪軟磁性合金膜は良好な
軟質磁気特性と高磁歪を示すものである。
【００１２】以上の場合、良好な軟質磁気特性を得るた
めには熱処理後に生じる微結晶粒の粒径を60nmとするこ
とが望ましい。さらに特に優れた軟質磁気特性を得るた
めには、少なくとも合金膜作製時に膜厚方向の組成が変
調されており、組成変調波長が60nm以下の組成変調窒化
合金膜を成膜し、これに磁界中熱処理を施せばよい。
めには熱処理後に生じる微結晶粒の粒径を60nmとするこ
とが望ましい。さらに特に優れた軟質磁気特性を得るた
めには、少なくとも合金膜作製時に膜厚方向の組成が変
調されており、組成変調波長が60nm以下の組成変調窒化
合金膜を成膜し、これに磁界中熱処理を施せばよい。
【００１３】上記数１で示される本発明の軟磁性合金膜
の場合、窒素元素との親和性が弱いＦeおよびＣoと、窒
素元素との親和性が強いＺr，Ｎb，Ｔa，Ｔi，Ｈf，Ｂ
およびＳiより選択された金属元素Ｍが合金膜中に共在
している。合金膜中では選択的に金属元素Ｍが窒素元素
Ｎと化学的に強く結合しており、このことが熱処理後に
良好な軟質磁気特性を得る上で重要となっている。
の場合、窒素元素との親和性が弱いＦeおよびＣoと、窒
素元素との親和性が強いＺr，Ｎb，Ｔa，Ｔi，Ｈf，Ｂ
およびＳiより選択された金属元素Ｍが合金膜中に共在
している。合金膜中では選択的に金属元素Ｍが窒素元素
Ｎと化学的に強く結合しており、このことが熱処理後に
良好な軟質磁気特性を得る上で重要となっている。
【００１４】本発明の高磁歪軟磁性合金膜において熱処
理後に単に高飽和磁化と良好な軟質磁気特性を得るため
には、膜中の平均組成で金属元素Ｍを少なくとも３原子
％以上、窒素Ｎを３原子％以上、逆にＦeおよびＣoの合
計の含有量を92原子％以下にすることが必要である。逆
に飽和磁歪定数を高くするためには、ＦeとＣoの合計の
含有量を60原子％以上として、窒素Ｎとの親和性が強い
金属元素Ｍを少なくとも20原子％以下とすることが望ま
しい。これには、ある程度は飽和磁化の関与があるもの
と推定される。
理後に単に高飽和磁化と良好な軟質磁気特性を得るため
には、膜中の平均組成で金属元素Ｍを少なくとも３原子
％以上、窒素Ｎを３原子％以上、逆にＦeおよびＣoの合
計の含有量を92原子％以下にすることが必要である。逆
に飽和磁歪定数を高くするためには、ＦeとＣoの合計の
含有量を60原子％以上として、窒素Ｎとの親和性が強い
金属元素Ｍを少なくとも20原子％以下とすることが望ま
しい。これには、ある程度は飽和磁化の関与があるもの
と推定される。
【００１５】さらに、高磁歪合金を得るために重要な点
でＦeとＣoの含有量であり、いずれかの含有量が少なす
ぎてはならないのである。極端な例として、Ｃoなしの
Ｆe基窒化合金や、ＦeなしのＣo基窒化合金、またＣo基
窒化合金膜にＦeを２原子％程度加えた組成系や、Ｆe基
窒化合金膜にＣoを１原子％程度加えた組成系等では逆
に無磁歪に近い低磁歪合金となってしまう。したがっ
て、本合金系で高磁歪を得るためにはＦeとＣoの両元素
を含有することが必要であり、少なくともＦeの含有量
を32原子％以上で76原子％以下に、またＣoの含有量を
５原子％以上で50原子％以下にする必要がある。
でＦeとＣoの含有量であり、いずれかの含有量が少なす
ぎてはならないのである。極端な例として、Ｃoなしの
Ｆe基窒化合金や、ＦeなしのＣo基窒化合金、またＣo基
窒化合金膜にＦeを２原子％程度加えた組成系や、Ｆe基
窒化合金膜にＣoを１原子％程度加えた組成系等では逆
に無磁歪に近い低磁歪合金となってしまう。したがっ
て、本合金系で高磁歪を得るためにはＦeとＣoの両元素
を含有することが必要であり、少なくともＦeの含有量
を32原子％以上で76原子％以下に、またＣoの含有量を
５原子％以上で50原子％以下にする必要がある。
【００１６】以上をまとめたものが数２で示されてい
る。これらの組成範囲の合金膜は熱処理後に高磁歪かつ
軟磁性を示すことが確認され、高磁歪軟磁性合金膜とな
っているのである。
る。これらの組成範囲の合金膜は熱処理後に高磁歪かつ
軟磁性を示すことが確認され、高磁歪軟磁性合金膜とな
っているのである。
【００１７】以上のようにした得られる本発明の高磁歪
軟磁性合金膜は、良好な軟質磁気特性と高磁歪を兼ね備
えたものとなっている。ただし、ＦeやＣoの一部をＮi
で置換する場合もＦeが18原子％以上で、Ｃoが２原子％
以上含まれていればよい。またスパッタガス中に不可避
的なガス等が含有されて合金膜中に酸素等が含有される
場合も微量であれば問題はない。
軟磁性合金膜は、良好な軟質磁気特性と高磁歪を兼ね備
えたものとなっている。ただし、ＦeやＣoの一部をＮi
で置換する場合もＦeが18原子％以上で、Ｃoが２原子％
以上含まれていればよい。またスパッタガス中に不可避
的なガス等が含有されて合金膜中に酸素等が含有される
場合も微量であれば問題はない。
【００１８】
【実施例】本発明の実施例を以下に説明する。
【００１９】高周波スパッタ法により、(Ｆe50Ｃo50)93
Ｚr7を合金ターゲットとして用い、スパッタ時に1.44Ｐ
aのアルゴンガス(Ａr)中に0.16Ｐaの窒素ガス(Ｎ2)を周
期的に混合しつつ、セラミック製の基板上に組成変調波
長は20nmの組成変調窒化合金膜を形成した。この組成変
調窒化合金膜の膜中平均組成は、プラズマ発光分析とラ
ザフォード後方散乱分析の組合せにより測定した結果、
四捨五入してＦe41Ｃo41Ｚr6Ｎ12となっていた。このよ
うにして成膜された組成変調窒化合金膜に対して真空中
で600℃１時間の磁界中熱処理を施し、本発明の高磁歪
軟磁性合金膜とした。
Ｚr7を合金ターゲットとして用い、スパッタ時に1.44Ｐ
aのアルゴンガス(Ａr)中に0.16Ｐaの窒素ガス(Ｎ2)を周
期的に混合しつつ、セラミック製の基板上に組成変調波
長は20nmの組成変調窒化合金膜を形成した。この組成変
調窒化合金膜の膜中平均組成は、プラズマ発光分析とラ
ザフォード後方散乱分析の組合せにより測定した結果、
四捨五入してＦe41Ｃo41Ｚr6Ｎ12となっていた。このよ
うにして成膜された組成変調窒化合金膜に対して真空中
で600℃１時間の磁界中熱処理を施し、本発明の高磁歪
軟磁性合金膜とした。
【００２０】この高磁歪軟磁性合金膜は、磁化困難磁区
方向に80Ａ／ｍの低保磁力を示し、1.92Ｔの高飽和磁化
を有していた。この状態で光てこ法によりヤング率を15
0ＧＰaとして飽和磁歪定数を測定したところ、100×10~
6の極めて高い飽和磁歪定数を示し、高磁歪と良好な軟
質磁気特性を兼ね備えた高磁歪軟磁性合金膜となってい
た。ここで本合金膜ではヤング率が不明なため、上記の
計数に用いた値はバルクのＦe，Ｃo，Ｆe−Ｃoや各種非
晶質合金の値を参考にして推定した。このヤング率の推
定値は正確ではないがほぼ妥当な値と考えられ、以降こ
の値を用いて飽和磁歪定数を計算している。さらに各種
合金ターゲットを用いて、高周波スパッタ法により全ス
パッタガス圧が1.6Ｐaとなるようにスパッタ時のアルゴ
ンガス分圧と窒素ガス分圧の比を変えて各種窒化合金膜
を成膜し、磁界中熱処理を施して各種組成の合金膜を作
製した。以上の各種合金膜の磁気特性をまとめて表１に
示す。
方向に80Ａ／ｍの低保磁力を示し、1.92Ｔの高飽和磁化
を有していた。この状態で光てこ法によりヤング率を15
0ＧＰaとして飽和磁歪定数を測定したところ、100×10~
6の極めて高い飽和磁歪定数を示し、高磁歪と良好な軟
質磁気特性を兼ね備えた高磁歪軟磁性合金膜となってい
た。ここで本合金膜ではヤング率が不明なため、上記の
計数に用いた値はバルクのＦe，Ｃo，Ｆe−Ｃoや各種非
晶質合金の値を参考にして推定した。このヤング率の推
定値は正確ではないがほぼ妥当な値と考えられ、以降こ
の値を用いて飽和磁歪定数を計算している。さらに各種
合金ターゲットを用いて、高周波スパッタ法により全ス
パッタガス圧が1.6Ｐaとなるようにスパッタ時のアルゴ
ンガス分圧と窒素ガス分圧の比を変えて各種窒化合金膜
を成膜し、磁界中熱処理を施して各種組成の合金膜を作
製した。以上の各種合金膜の磁気特性をまとめて表１に
示す。
【００２１】
【表１】
【００２２】表１中には熱処理後における本発明の実施
例と比較例が示されているが、膜中平均組成およびいく
つかの磁気特性は小数点以下を四捨五入した値で表わさ
れている。また窒化合金膜の飽和磁歪定数は熱処理温度
によって変化するため、熱処理温度も併記されている。
表１中の各種窒化合金膜はいずれも低保磁力で代表され
るように良好な軟質磁気特性を有している。
例と比較例が示されているが、膜中平均組成およびいく
つかの磁気特性は小数点以下を四捨五入した値で表わさ
れている。また窒化合金膜の飽和磁歪定数は熱処理温度
によって変化するため、熱処理温度も併記されている。
表１中の各種窒化合金膜はいずれも低保磁力で代表され
るように良好な軟質磁気特性を有している。
【００２３】ここで飽和磁歪定数の絶対値が20×10~6以
上の高磁歪を示す試料が本発明の実施例となっており、
特に実施例１，２および３で示されるようにＦeの含有
量とＣoの含有量がともに多い組成の窒化合金膜ではバ
ルクのＦe−Ｃo２元合金よりも高い100×10~6前後の高
磁歪を示すものである。これに対して比較例６のＣoな
しのＦe基合金および比較例８のＦeなしのＣo基合金は
飽和磁歪定数の絶対値が10×10~6以下となっており、あ
まり高い磁歪定数を得ることができない。またＦe−Ｃo
合金系であってもＣo基合金に少量のＦeを添加した比較
例７のような例においては逆に低磁歪合金となってしま
うのである。
上の高磁歪を示す試料が本発明の実施例となっており、
特に実施例１，２および３で示されるようにＦeの含有
量とＣoの含有量がともに多い組成の窒化合金膜ではバ
ルクのＦe−Ｃo２元合金よりも高い100×10~6前後の高
磁歪を示すものである。これに対して比較例６のＣoな
しのＦe基合金および比較例８のＦeなしのＣo基合金は
飽和磁歪定数の絶対値が10×10~6以下となっており、あ
まり高い磁歪定数を得ることができない。またＦe−Ｃo
合金系であってもＣo基合金に少量のＦeを添加した比較
例７のような例においては逆に低磁歪合金となってしま
うのである。
【００２４】以上述ベたように本発明の高磁歪軟磁性合
金膜は、Ｆe−Ｃo合金に窒素と窒素との親和性が強い元
素とを加えた適当な組成系により達成され、熱処理後に
良好な軟質磁気特性と高磁歪を示すのである。
金膜は、Ｆe−Ｃo合金に窒素と窒素との親和性が強い元
素とを加えた適当な組成系により達成され、熱処理後に
良好な軟質磁気特性と高磁歪を示すのである。
【００２５】
【発明の効果】以上説明したように本発明の高磁歪軟磁
性合金膜は、高磁歪であるばかりでなく、熱処理後に良
好な軟質磁気特性を示し、磁歪応用磁気デバイスに有効
となっている。
性合金膜は、高磁歪であるばかりでなく、熱処理後に良
好な軟質磁気特性を示し、磁歪応用磁気デバイスに有効
となっている。
【００２６】したがって、本発明の高磁歪軟磁性合金膜
の産業上の利用価値が極めて高いものである。
の産業上の利用価値が極めて高いものである。
Claims (3)
- 【請求項１】 膜中の平均組成が式 ＦeaＣobＭcＮd で
示され、前記式の組成において、Ｆeは鉄，Ｃoはコバル
ト、ＭはジルコニウムＺr，ニオブＮb，タンタルＴa，
チタンＴi，ハフニウムＨf，ホウ素Ｂおよびケイ素Ｓi
よりなる群から一種類以上選択された金属元素、Ｎは窒
素であって、ａ，ｂ，ｃ，ｄは原子％を表し、それぞれ
32≦ａ≦76，５≦ｂ≦50，60≦ａ＋ｂ≦92，３≦ｃ≦2
0，３≦ｄ≦25，ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝100 であることを特
徴とする高磁歪軟磁性合金膜。 - 【請求項２】 粒径が60nm以下の微結晶粒を含有するこ
とを特徴とする請求項１記載の高磁歪軟磁性合金膜。 - 【請求項３】 少なくとも合金膜作製時に膜厚方向の組
成が変調されており、組成変調波長が60nm以下であるこ
とを特徴とする請求項１または請求項２記載の高磁歪軟
磁性合金膜。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4975792A JPH05247602A (ja) | 1992-03-06 | 1992-03-06 | 高磁歪軟磁性合金膜 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4975792A JPH05247602A (ja) | 1992-03-06 | 1992-03-06 | 高磁歪軟磁性合金膜 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05247602A true JPH05247602A (ja) | 1993-09-24 |
Family
ID=12840064
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4975792A Pending JPH05247602A (ja) | 1992-03-06 | 1992-03-06 | 高磁歪軟磁性合金膜 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05247602A (ja) |
-
1992
- 1992-03-06 JP JP4975792A patent/JPH05247602A/ja active Pending
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