JPH05326261A - 窒化鉄磁性薄膜含有積層体とその製法 - Google Patents
窒化鉄磁性薄膜含有積層体とその製法Info
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- JPH05326261A JPH05326261A JP13200591A JP13200591A JPH05326261A JP H05326261 A JPH05326261 A JP H05326261A JP 13200591 A JP13200591 A JP 13200591A JP 13200591 A JP13200591 A JP 13200591A JP H05326261 A JPH05326261 A JP H05326261A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 低い基板温度で能率よく、窒素マルテンサイ
ト相やα″Ｆｅ16Ｎ2が形成されている窒化鉄磁性薄膜
を製造するとともに、該薄膜がとりわけ酸化されやすい
ことを発見し、この酸化を防止することにより高品質の
窒化鉄薄膜含有積層体とその製法を提供する。 【構成】 密閉系において、基板温度が２００℃以下の
基板上に窒素マルテンサイト相やα″Ｆｅ16Ｎ2が形成
されている窒化鉄磁性薄膜を形成し、ついでこれを大気
中に取り出すことなく、ひきつづいてその上に酸化防止
用保護膜を形成することを特徴とする窒化鉄磁性薄膜含
有積層体の製法およびそれより得られた前記積層体。
ト相やα″Ｆｅ16Ｎ2が形成されている窒化鉄磁性薄膜
を製造するとともに、該薄膜がとりわけ酸化されやすい
ことを発見し、この酸化を防止することにより高品質の
窒化鉄薄膜含有積層体とその製法を提供する。 【構成】 密閉系において、基板温度が２００℃以下の
基板上に窒素マルテンサイト相やα″Ｆｅ16Ｎ2が形成
されている窒化鉄磁性薄膜を形成し、ついでこれを大気
中に取り出すことなく、ひきつづいてその上に酸化防止
用保護膜を形成することを特徴とする窒化鉄磁性薄膜含
有積層体の製法およびそれより得られた前記積層体。
Description
【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。
膜という）含有積層体とその製法に関するものである。
【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従来、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″Ｆ
ｅ16Ｎ2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−ＦｅｘＮ（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。
窒化鉄薄膜を形成する手段は従来、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″Ｆ
ｅ16Ｎ2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−ＦｅｘＮ（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。
【０００３】
【目的】本発明の目的は、低い基板温度で能率よく、窒
素マルテンサイト相やα″Ｆｅ16Ｎ2が形成されている
窒化鉄磁性薄膜を製造するとともに、該薄膜がとりわけ
酸化されやすいことを発見し、この酸化を防止すること
により高品質の窒化鉄薄膜含有積層体とその製法を提供
する点にある。
素マルテンサイト相やα″Ｆｅ16Ｎ2が形成されている
窒化鉄磁性薄膜を製造するとともに、該薄膜がとりわけ
酸化されやすいことを発見し、この酸化を防止すること
により高品質の窒化鉄薄膜含有積層体とその製法を提供
する点にある。
【０００４】
【構成】本発明の第１は、基板、その上に形成された窒
素マルテンサイト相やα″Ｆｅ16Ｎ2が形成されている
窒化鉄磁性薄膜、さらにその上に形成された酸化防止用
保護膜より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２は、密閉系において、基板
温度が２００℃以下の基板上に窒素マルテンサイト相や
α″Ｆｅ16Ｎ2が形成されている窒化鉄磁性薄膜を形成
し、ついでこれを大気中に取り出すことなく、ひきつづ
いてその上に酸化防止用保護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３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の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、窒素
マルテンサイト相やα″Ｆｅ16Ｎ2が形成されている窒
化鉄磁性薄膜を形成し、これを大気中に取り出すことな
く、ひきつづいてその上に酸化防止用保護膜を形成する
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。前記酸化防止用保護薄膜の形成前に前記窒化鉄磁
性薄膜をアニール処理することが好ましい。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、とりわけ本発明の１人である太田の開
発した特開昭５９−８９７６３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
ガスから成る混合ガス、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、プラスチックスの様な耐熱性の無い材質のもので
も、基板とすることが出来る。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。しかし
ながら基板温度が２００℃を越える領域で薄膜形成を行
なった場合、薄膜中の窒素濃度が、１２ａｔ．％以下の
領域でも、窒化鉄薄膜の構造は、γ′−Ｆｅ4Ｎ、ε−
ＦｅｘＮ（ｘ＝２−３）、ζ−Ｆｅ2Ｎなどの構造のい
ずれかを含むαＦｅとなり、薄膜特性が劣化する。これ
らの相の析出を抑制し、窒素マルテンサイト相および／
またはα″Ｆｅ16Ｎ2を析出させるためには、薄膜形成
時の基板温度を低下させることが望ましいが、２００℃
以下の低い基板温度においては、薄膜中の欠陥が十分に
緩和されず、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が問題となる。本発
明による窒化鉄薄膜は、窒化鉄薄膜の酸化により特性劣
化を、酸化を防止する保護層を、酸素を含む雰囲気中に
さらす前に形成することにより防止したものである。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。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１Ａ
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。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、１／１０3〜１／１０8Ｐａ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400Ｗ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、及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″Ｆｅ16Ｎ2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″Ｆｅ16Ｎ2が形成される。しかしこの薄膜
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
た保護膜により防止できる。図２に、保護膜の一例を示
す。図２においては、保護膜３１の材料は、アルミニウ
ム膜、窒化シリコン膜などの無機材料、あるいは有機材
料など、あるいはそれらの組合せなどがある。図示の薄
膜形成装置に、その別の蒸発源を設置し、アルミニウム
等を蒸発させ、窒化鉄薄膜表面２１上に、保護膜３１を
形成することができる。請求の範囲２においては、この
保護膜形成前、あるいは形成後に酸素を含む雰囲気にさ
らす前に、アニール処理を行ない、上述した欠陥を緩和
すれば、さらに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″Ｆｅ16Ｎ2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′−Ｆｅ4
Ｎ，ε−ＦｅｘＮ（ｘ＝２−３），ζ−Ｆｅ2Ｎ析出を
抑制することが望ましい。
素マルテンサイト相やα″Ｆｅ16Ｎ2が形成されている
窒化鉄磁性薄膜、さらにその上に形成された酸化防止用
保護膜より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２は、密閉系において、基板
温度が２００℃以下の基板上に窒素マルテンサイト相や
α″Ｆｅ16Ｎ2が形成されている窒化鉄磁性薄膜を形成
し、ついでこれを大気中に取り出すことなく、ひきつづ
いてその上に酸化防止用保護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３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の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、窒素
マルテンサイト相やα″Ｆｅ16Ｎ2が形成されている窒
化鉄磁性薄膜を形成し、これを大気中に取り出すことな
く、ひきつづいてその上に酸化防止用保護膜を形成する
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。前記酸化防止用保護薄膜の形成前に前記窒化鉄磁
性薄膜をアニール処理することが好ましい。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、とりわけ本発明の１人である太田の開
発した特開昭５９−８９７６３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
ガスから成る混合ガス、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、プラスチックスの様な耐熱性の無い材質のもので
も、基板とすることが出来る。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。しかし
ながら基板温度が２００℃を越える領域で薄膜形成を行
なった場合、薄膜中の窒素濃度が、１２ａｔ．％以下の
領域でも、窒化鉄薄膜の構造は、γ′−Ｆｅ4Ｎ、ε−
ＦｅｘＮ（ｘ＝２−３）、ζ−Ｆｅ2Ｎなどの構造のい
ずれかを含むαＦｅとなり、薄膜特性が劣化する。これ
らの相の析出を抑制し、窒素マルテンサイト相および／
またはα″Ｆｅ16Ｎ2を析出させるためには、薄膜形成
時の基板温度を低下させることが望ましいが、２００℃
以下の低い基板温度においては、薄膜中の欠陥が十分に
緩和されず、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が問題となる。本発
明による窒化鉄薄膜は、窒化鉄薄膜の酸化により特性劣
化を、酸化を防止する保護層を、酸素を含む雰囲気中に
さらす前に形成することにより防止したものである。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。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１Ａ
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。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、１／１０3〜１／１０8Ｐａ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400Ｗ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、及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″Ｆｅ16Ｎ2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″Ｆｅ16Ｎ2が形成される。しかしこの薄膜
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
た保護膜により防止できる。図２に、保護膜の一例を示
す。図２においては、保護膜３１の材料は、アルミニウ
ム膜、窒化シリコン膜などの無機材料、あるいは有機材
料など、あるいはそれらの組合せなどがある。図示の薄
膜形成装置に、その別の蒸発源を設置し、アルミニウム
等を蒸発させ、窒化鉄薄膜表面２１上に、保護膜３１を
形成することができる。請求の範囲２においては、この
保護膜形成前、あるいは形成後に酸素を含む雰囲気にさ
らす前に、アニール処理を行ない、上述した欠陥を緩和
すれば、さらに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″Ｆｅ16Ｎ2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′−Ｆｅ4
Ｎ，ε−ＦｅｘＮ（ｘ＝２−３），ζ−Ｆｅ2Ｎ析出を
抑制することが望ましい。
【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
Ｎ2を含み、かつ、薄膜の酸化による薄膜特性劣化を抑
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。
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
Ｎ2を含み、かつ、薄膜の酸化による薄膜特性劣化を抑
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。
【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。
着装置の概略図である。
【図２】本発明の窒化鉄磁性薄膜含有積層体の断面図で
ある。
ある。
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 21 窒化鉄薄膜 31 酸化防止用保護膜
Claims (4)
- 【請求項１】 基板、その上に形成された窒素マルテン
サイト相やα″Ｆｅ16Ｎ2が形成されている窒化鉄磁性
薄膜、さらにその上に形成された酸化防止用保護膜より
なることを特徴とする窒化鉄磁性薄膜含有積層体。 - 【請求項２】 密閉系において、基板温度が２００℃以
下の基板上に窒素マルテンサイト相やα″Ｆｅ16Ｎ2が
形成されている窒化鉄磁性薄膜を形成し、ついでこれを
大気中に取り出すことなく、ひきつづいてその上に酸化
防止用保護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。 - 【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、
窒素マルテンサイト相やα″Ｆｅ16Ｎ2が形成されてい
る窒化鉄磁性薄膜を形成し、これを大気中に取り出すこ
となく、ひきつづいてその上に酸化防止用保護膜を形成
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。 - 【請求項４】 前記酸化防止用保護膜の形成前に前記窒
化鉄磁性薄膜をアニール処理する請求項３記載の窒化鉄
磁性薄膜含有積層体の製法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13200591A JPH05326261A (ja) | 1991-05-08 | 1991-05-08 | 窒化鉄磁性薄膜含有積層体とその製法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13200591A JPH05326261A (ja) | 1991-05-08 | 1991-05-08 | 窒化鉄磁性薄膜含有積層体とその製法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05326261A true JPH05326261A (ja) | 1993-12-10 |
Family
ID=15071323
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13200591A Pending JPH05326261A (ja) | 1991-05-08 | 1991-05-08 | 窒化鉄磁性薄膜含有積層体とその製法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05326261A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006344981A (ja) * | 2006-06-21 | 2006-12-21 | Hitachi Maxell Ltd | 窒化鉄系磁性粉末材料及びその製造方法並びに磁気記録媒体 |
| JP2010080046A (ja) * | 2009-10-01 | 2010-04-08 | Hitachi Maxell Ltd | 窒化鉄系磁性粉末材料及びその製造方法並びに磁気記録媒体 |
| JP2018083964A (ja) * | 2016-11-22 | 2018-05-31 | 住友電気工業株式会社 | 窒化鉄材及び窒化鉄材の製造方法 |
-
1991
- 1991-05-08 JP JP13200591A patent/JPH05326261A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006344981A (ja) * | 2006-06-21 | 2006-12-21 | Hitachi Maxell Ltd | 窒化鉄系磁性粉末材料及びその製造方法並びに磁気記録媒体 |
| JP2010080046A (ja) * | 2009-10-01 | 2010-04-08 | Hitachi Maxell Ltd | 窒化鉄系磁性粉末材料及びその製造方法並びに磁気記録媒体 |
| JP4519942B2 (ja) * | 2009-10-01 | 2010-08-04 | 日立マクセル株式会社 | 窒化鉄系磁性粉末材料及びその製造方法並びに磁気記録媒体 |
| JP2018083964A (ja) * | 2016-11-22 | 2018-05-31 | 住友電気工業株式会社 | 窒化鉄材及び窒化鉄材の製造方法 |
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