JPH0593270A - Crystalline thin film and its manufacture - Google Patents

Crystalline thin film and its manufacture

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JPH0593270A
JPH0593270A JP4035166A JP3516692A JPH0593270A JP H0593270 A JPH0593270 A JP H0593270A JP 4035166 A JP4035166 A JP 4035166A JP 3516692 A JP3516692 A JP 3516692A JP H0593270 A JPH0593270 A JP H0593270A
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JP
Japan
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thin film
ion beam
nitrogen
target
sputtering
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JP4035166A
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Japanese (ja)
Inventor
Isumatsuto Uraa Shiyaa Seido
イスマツト ウラー シヤー セイド
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Mitsubishi Kasei Corp
Original Assignee
Mitsubishi Kasei Corp
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Publication date
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F10/00Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
    • H01F10/08Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers
    • H01F10/10Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers characterised by the composition
    • H01F10/12Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers characterised by the composition being metals or alloys
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Abstract

PURPOSE:To provide a thin film excellent in magnetic properties. CONSTITUTION:A crystalline thin film shown by Sm2-deltalFe17-delta2X3=delta3(X denotes nitrogen, carbon and hydrogen as well as delta1, delta2 and delta3 satisfy-1 to +1) and a target shown by Sm2-deltalFe17-delta2Xdelta4(delta4 satisfies 0 to 3) are irradiated with ion beams, and sputtered atoms from the target are allowed to arrive on a heated substrate. Simultaneously, the heated substrate is irradiated with ion beams among crystal lattices constituted of nitrogen, carbon and hydrogen in a power level at which sputtering does not occur to form a thin film contg. the atoms of both the target and ion beams among crystal lattices. In this way, the film excellent in magnetic properties and applicable to a medium for magnetic recording or photomagnetic recording can be obtd.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は薄膜およびその製造方法
に関し、磁気特性を有する固体薄膜とその製造方法に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thin film and a manufacturing method thereof, and more particularly to a solid thin film having magnetic properties and a manufacturing method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】イオンビームにて薄膜を形成する方法
は、固体薄膜を得るうえで良好な制御性と再現性に優れ
最も有効な方法である。種々のイオンビームスパッタ法
がIonBeam Assisted Field G
rowth,T.Itoh,Ed.,Elsevie
r,New York,pp.1−8(1989)に記
載されている。
2. Description of the Related Art The method of forming a thin film by an ion beam is the most effective method for obtaining a solid thin film because of its excellent controllability and reproducibility. Various ion beam sputtering methods are used for Ion Beam Assisted Field G
rowth, T .; Itoh, Ed. , Elsevie
r, New York, pp. 1-8 (1989).

【0003】Nagakubo,M.らのIEEE T
rans.Magn.,25(5)3892−3895
はセミハードな磁気特性を持つイオン窒化物薄膜を2つ
のイオンビームスパッタリングを用い、更にアニールす
ることにより得ている。NaoeらのJ.Appl.P
hys.,64(10)5449−51(1988)は
2つのイオンビームスパッタリングの際、窒素イオンを
周期的に照射することにより低窒素量の鉄薄膜を得るこ
とを開示している。
Nagakubo, M .; The IEEE T
rans. Magn. , 25 (5) 3892-3895.
Has obtained an ion nitride thin film having semi-hard magnetic characteristics by using two ion beam sputterings and further annealing. Naoe et al. Appl. P
hys. , 64 (10) 5449-51 (1988) discloses that an iron thin film having a low nitrogen content is obtained by periodically irradiating nitrogen ions during two ion beam sputtering.

【0004】米国合衆国特許第4、484、995号は
高磁気異方性材料を熱的に制御したスパッタリングを教
示している。SmおよびFeの2つのターゲットで加熱
基板上に堆積してSm2 Fe2 薄膜を得ている。磁気デ
ータ記録用光磁気記録デバイスへの応用に有用な材料は
一般に高いキュリー温度、単位体積あたりの自発磁化モ
ーメントおよび容易な一軸異方性を有する。Y2 Fe1
7、 Sm2 Fe17、Nd2 Fe17のような鉄系の金属
間化合物がこのような用途に検討されてきたものの、そ
の極端に低いキュリー温度の故に実現されなかった。X
iang−ZhongらのJ.Mater.Sci.,
23(1),329−331(1988)は結晶格子間
(interstitial)に水素を導入してキュリ
ー温度(Tc)を上昇させてはいるものの、一軸異方性
は現実の応用に十分なほど強くはないことを記述してい
る。結晶格子間に炭素を導入することも同様である。
US Pat. No. 4,484,995 teaches thermally controlled sputtering of highly magnetic anisotropic materials. Two targets of Sm and Fe are deposited on the heated substrate to obtain a Sm2 Fe2 thin film. Materials useful for application in magneto-optical recording devices for magnetic data recording generally have high Curie temperature, spontaneous magnetization moment per unit volume and easy uniaxial anisotropy. Y2 Fe1
7, iron-based intermetallic compounds such as Sm2 Fe17 and Nd2 Fe17 have been investigated for such applications, but have not been realized due to their extremely low Curie temperature. X
iang-Zhong et al. Mater. Sci. ,
23 (1), 329-331 (1988) introduce hydrogen into the crystal lattice (interstitial) to raise the Curie temperature (Tc), but the uniaxial anisotropy is strong enough for practical applications. It states that there is no. The same applies to introducing carbon between crystal lattices.

【0005】或る希土類金属の金属間化合物の格子に結
晶格子間窒素を導入すると、強い一軸異方性を維持しな
がらTcを上昇さすことが見出された。Coeyらの
J.Phys.condensed Matter,2
(30),6465(1990)では、SmおよびYF
e窒化物の粉末がその対応する金属間化合物である鉄化
合物の微粉を、熱ピエゾ分析計中でアンモニアあるいは
窒素存在下、450〜650℃で加熱して得ている。
It has been found that the introduction of crystalline interstitial nitrogen into the lattice of certain rare earth metal intermetallic compounds increases Tc while maintaining strong uniaxial anisotropy. Coey et al. Phys. condensed Matter, 2
(30), 6465 (1990), Sm and YF
The e-nitride powder is obtained by heating fine powder of an iron compound, which is the corresponding intermetallic compound, at 450 to 650 ° C. in the presence of ammonia or nitrogen in a thermal piezo analyzer.

【0006】しかし、多くの用途には粉末状は適切では
なく薄膜が好まれる。例えば、光磁気記録用の磁気ディ
スクでは、磁気物質は5ミクロン以下の薄膜の形態が望
まれる。薄膜の製造にとって、窒素あるいは水素、炭素
のような他の結晶格子間の不純物が存在することは好ま
しくないことはよく知られている。
However, for many applications powdered form is not suitable and thin films are preferred. For example, in a magnetic disk for magneto-optical recording, the magnetic substance is desired to be in the form of a thin film having a thickness of 5 microns or less. It is well known that the presence of other interstitial impurities such as nitrogen or hydrogen or carbon is not desirable for the production of thin films.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、結晶
格子間の窒素、水素あるいは炭素を有する金属間化合物
結晶性薄膜を得ることにあり、また、イオンビームスパ
ッタリング法によりかかる薄膜を得ることにある。
An object of the present invention is to obtain an intermetallic compound crystalline thin film having nitrogen, hydrogen or carbon between crystal lattices, and to obtain such a thin film by an ion beam sputtering method. It is in.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、下記組
成式(1)で示されることを特徴とする結晶性薄膜。
The gist of the present invention is a crystalline thin film characterized by the following composition formula (1).

【化3】Sm2-δ1 Fe17- δ2 X3-δ3・・・(1) (式中、Xは窒素、炭素または水素を示し、δ1 、δ2
、δ3 は各々独立して−1から+1である。)および a)下記組成式(2)で示されるターゲットにイオンビ
ームを照射して、ターゲットからのスパッタ原子を加熱
基板上に到達させ、
Embedded image Sm2-δ1 Fe17-δ2 X3-δ3 (1) (wherein X represents nitrogen, carbon or hydrogen, and δ1, δ2
, Δ3 are independently -1 to +1. ) And a) irradiating the target represented by the following composition formula (2) with an ion beam to allow sputtered atoms from the target to reach the heated substrate,

【化4】Sm2-δ1 Fe17- δ2 Xδ4 ・・・(2) (式中、Xは窒素、炭素または水素を示し、δ1 、δ2
は各々独立して−1から+1であり、δ4 は0から3で
ある。) b)同時に、窒素、炭素または水素からなる結晶格子間
イオンビームを該加熱基板に、スパッタリングを起こさ
ないパワーレベルで照射して、該ターゲットおよび結晶
格子間イオンビームの両者からの原子を含有する薄膜を
基板上に形成させることを特徴とする結晶性薄膜の製造
方法に存する。
## STR00004 ## Sm2-.delta.1 Fe17-.delta.2 X.delta.4 (2) (wherein X represents nitrogen, carbon or hydrogen, and .delta.1, delta2
Are independently -1 to +1 and δ4 is 0 to 3. B) At the same time, the heating substrate is irradiated with a crystal interstitial ion beam of nitrogen, carbon, or hydrogen at a power level that does not cause sputtering to contain atoms from both the target and the crystal interstitial ion beam. A method for producing a crystalline thin film is characterized by forming a thin film on a substrate.

【0009】本発明の結晶性薄膜は、上記組成式
(1)、すなわち、Sm2-δ1 Fe17- δ2 X3-δ3 で
示される組成を有するが、δ1 、δ2 、δ3 は各々独立
して−1から+1の値を取り得る。このうち、δ1 およ
びδ2 は好ましくは約0であり、δ3 は、Sm2 Fe17
の基本構造に結晶格子間的に導入される窒素、炭素ある
いは水素の量に従って示される範囲で変動する。
The crystalline thin film of the present invention has a composition represented by the above composition formula (1), that is, Sm2-δ1 Fe17-δ2 X3-δ3, wherein δ1, δ2 and δ3 are independently -1 to -1. It can have a value of +1. Of these, δ1 and δ2 are preferably about 0, and δ3 is Sm2 Fe17
It varies within the range shown according to the amount of nitrogen, carbon or hydrogen introduced interstitialally into the basic structure of.

【0010】薄膜の最低膜厚は通常約0.1ミクロンで
あるが、膜厚は約0.01ミクロンから約1ミクロンの
間で変動し得る。実用上最も好ましい膜厚は約0.05
〜約0.1ミクロンである。本薄膜は、面内方向の保磁
力が1.0KOe以上を有する。高いキュリー温度、例
えば200℃以上と強い一軸磁気異方性の最善の組合せ
は、式(1)のXがNのときである。最適の磁気特性の
為に好ましい組成はSm2 Fe17N3 である。
The minimum film thickness of the thin film is typically about 0.1 micron, but the film thickness can vary from about 0.01 micron to about 1 micron. The most preferable practical thickness is about 0.05.
~ About 0.1 micron. The thin film has an in-plane coercive force of 1.0 KOe or more. The best combination of high Curie temperature, eg, 200 ° C. or higher and strong uniaxial magnetic anisotropy is when X in equation (1) is N. The preferred composition for optimum magnetic properties is Sm2 Fe17 N3.

【0011】本発明は更には上述の薄膜の製造方法であ
る。本発明の結晶性薄膜は、不活性ガスイオンを照射し
てターゲットから原子が放出される、イオンビームスパ
ッタリングとして当技術分野で公知の技術を改良して適
用することにより製造される。イオンビームデポジショ
ンの一般的方法およびこれに有用な装置は知られてお
り、例えば、「Ion Beam Assisted
Film Groth」,T.Itoh,Ed.,El
sevier,New York,pp.1−8,19
89に記載されている。
The present invention is also a method for producing the above-mentioned thin film. The crystalline thin film of the present invention is produced by modifying and applying a technique known in the art as ion beam sputtering in which atoms are emitted from a target upon irradiation with inert gas ions. General methods of ion beam deposition and apparatus useful therefor are known, for example, "Ion Beam Assisted".
Film Groth ", T.W. Itoh, Ed. , El
Sevier, New York, pp. 1-8, 19
89.

【0012】本発明によれば、結晶性薄膜は、少なくと
も部分的な減圧下でイオンビームをSm2-δ1 Fe17-
δ2 Xδ4 (Xは窒素、炭素または水素を示し、δ1 、
δ2は各々独立して−1から+1であり、δ4 は約0か
ら3である)の組成のターゲットに照射して製造され
る。SmおよびFe原子は加熱された基板上にスパッタ
され、同時に加熱基板上に照射する結晶格子間イオンビ
ームにより、Sm2-δ1Fe17- δ2 X3-δ3 の薄膜が
基板上に形成される。
According to the invention, the crystalline thin film allows the ion beam to undergo Sm2-δ1Fe17- under at least partial decompression.
δ2 X δ4 (X represents nitrogen, carbon or hydrogen, δ1,
.delta.2 is independently -1 to +1 and .delta.4 is about 0 to 3). Sm and Fe atoms are sputtered on the heated substrate, and at the same time, a thin film of Sm2-δ1Fe17-δ2X3-δ3 is formed on the substrate by the crystal lattice interstitial ion beam irradiated on the heated substrate.

【0013】図1は、本発明を実施するためのイオンビ
ーム装置の概要を示す模式図である。図1に従って説明
すると、結晶性薄膜を製造する本発明の方法は、減圧下
イオンビーム1をイオンビーム源2からSm2-δ1 Fe
17- δ2 Xδ4 からなる好ましくはプレスされた粉末か
らなるターゲット3に照射することにより行われる。S
mイオン4およびFeイオン5はスパッタされ、Sm2-
δ1 Fe17- δ2 Xδ4 の基板6の表面上に放出され
る。基板6は、およそ550〜650℃の温度に予熱さ
れており、また同時に窒素、炭素または水素の結晶格子
間イオンビーム7が対応するイオンビーム源8から照射
される。かくしてSm2-δ1 Fe17- δ2X3-δ3 (X
はN,CまたはH)の組成の結晶性薄膜9が形成され
る。
FIG. 1 is a schematic diagram showing an outline of an ion beam apparatus for carrying out the present invention. Referring to FIG. 1, according to the method of the present invention for producing a crystalline thin film, an ion beam 1 under reduced pressure is fed from an ion beam source 2 to Sm2-δ1 Fe.
It is performed by irradiating the target 3 made of 17-δ2 Xδ4, preferably made of pressed powder. S
The m ions 4 and the Fe ions 5 are sputtered and Sm2-
δ1 Fe17− δ2 Xδ4 is emitted onto the surface of the substrate 6. The substrate 6 is preheated to a temperature of about 550 to 650 ° C., and at the same time, a nitrogen, carbon or hydrogen crystal interstitial ion beam 7 is irradiated from a corresponding ion beam source 8. Thus Sm2-δ1 Fe17-δ2X3-δ3 (X
Form a crystalline thin film 9 having a composition of N, C or H).

【0014】ターゲットから金属イオンを放出さすイオ
ンビームは、好ましくは不活性ガスイオンビームであ
り、利便性と経済性の点からアルゴンが好ましい。ター
ゲットはSmおよびFe源を有することが必要であり、
任意成分としてN、CまたはHを要する。他の希土類元
素は本発明の薄膜組成の形成を阻害することがあるので
避けるのがよい。代表的なターゲットはSmおよびFe
混合粉末を、例えば600℃、例えば窒素雰囲気下で加
熱して、Sm2-δ1 Fe17- δ2 Xδ4 (ここで窒素存
在下ではXはN、δ4 は殆ど0)で表される粉末を簡便
に得ることができる。このようにSmとFe粉を予め反
応さすと、希望する薄膜とほぼ同じ量のSmおよびFe
原子を含むターゲットが得られる。
The ion beam for releasing metal ions from the target is preferably an inert gas ion beam, and argon is preferable from the viewpoint of convenience and economy. The target must have a Sm and Fe source,
N, C or H is required as an optional component. Other rare earth elements may hinder the formation of the thin film composition of the present invention and should be avoided. Typical targets are Sm and Fe
To easily obtain a powder represented by Sm2-δ1 Fe17-δ2 Xδ4 (where X is N and δ4 is almost 0 in the presence of nitrogen) by heating the mixed powder at 600 ° C., for example, in a nitrogen atmosphere. You can When the Sm and Fe powders are pre-reacted in this way, almost the same amount of Sm and Fe as the desired thin film
A target containing atoms is obtained.

【0015】イオンビームは市販のカウフマン(Kau
fman)源で容易に得られる。イオンビームのパワー
レベルは約500から1000eVであり、イオンビー
ム電流は約15から25mAである。結晶格子間イオン
ビームも同様に得られ、パワーレベルは約50から35
0eVであり、イオンビーム電流は約5から10mAで
ある。結晶格子間イオンビームのパワーは、結晶格子間
イオンビーム自体がスパッタリングを起こさない、すな
わち基板表面からSmまたはFeの飛散がないようにパ
ワー調節される。従って、結晶格子間イオンビームのパ
ワーはスパッタリング用イオンビームのパワーより低い
レベルに維持される。
The ion beam is a commercially available Kaufman (Kau
fman) source. The ion beam power level is about 500 to 1000 eV and the ion beam current is about 15 to 25 mA. A crystal interstitial ion beam can be obtained similarly, and the power level is about 50 to 35
The ion beam current is about 5 to 10 mA. The power of the crystal interstitial ion beam is adjusted so that the crystal interstitial ion beam itself does not cause sputtering, that is, there is no scattering of Sm or Fe from the substrate surface. Therefore, the power of the crystal interstitial ion beam is maintained at a level lower than the power of the sputtering ion beam.

【0016】薄膜が堆積される基板としては、使用する
反応温度に耐え且つ堆積物と反応しない材料であればよ
い。代表的な基板としては、タンタル、マグネシウム酸
化物、水晶およびガラスが挙げられる。このうち好まし
くはタンタルである。本発明の方法は、減圧下、例えば
約1×10-6から1×10-7トールで行われ、イオンお
よびスパッタされた原子が移送される雰囲気が比較的純
粋に維持される。スパッタリング圧は代表的には10-3
トール、好ましくは10-4トールである。代表的な通常
のスパッタリングでは不活性ガスプラズマをターゲット
と基板の間に使用するのに対し、これでは本発明の組成
の有用な薄膜が得られない点で、本発明のプロセスは通
常のイオンビームスパッタリングとは異なる。本発明の
方法では不活性ガスプラズマは不要である。異なるパワ
ーの2つのビームは減圧下3cm未満の半径範囲に慎重
に照射され、そのうちの一本のビームがスパッタリング
に用いられる。後述の比較例は一本のイオンビームでス
パッタリングする方法であり、一本の不活性ガスイオン
ビームが基板上のターゲット粉末からSm、Feおよび
N原子をスパッタするために使用され、実質的に結晶格
子間原子の窒素のない薄膜を生成している。公知の方法
では窒素原子は、望ましい磁気特性を得るために必要な
ほどの深さまでSm/Fe基本の構造内を充分に深く侵
入することが出来ないと思われる。
The substrate on which the thin film is deposited may be any material that can withstand the reaction temperature used and does not react with the deposit. Representative substrates include tantalum, magnesium oxide, quartz and glass. Of these, tantalum is preferable. The method of the present invention is carried out under reduced pressure, for example, at about 1 × 10 −6 to 1 × 10 −7 Torr, and the atmosphere in which the ions and sputtered atoms are transferred is maintained relatively pure. Sputtering pressure is typically 10 -3
Torr, preferably 10 −4 Torr. In contrast to typical conventional sputtering, which uses an inert gas plasma between the target and the substrate, the process of the present invention does not yield useful thin films of the composition of the present invention. Different from sputtering. The method of the present invention does not require an inert gas plasma. Two beams of different power are carefully irradiated under reduced pressure in a radius range of less than 3 cm, one beam of which is used for sputtering. The comparative example described below is a method of sputtering with a single ion beam, and a single inert gas ion beam is used to sputter Sm, Fe and N atoms from a target powder on a substrate and is substantially crystalline. It produces a nitrogen-free thin film of interstitials. It is believed that the known methods do not allow nitrogen atoms to penetrate deep enough into the Sm / Fe based structure to the depth required to obtain the desired magnetic properties.

【0017】本発明の方法では堆積はホットな状態、す
なわち予め加熱された、好ましくは約550℃〜約65
0℃、さらに好ましくは約580℃〜約610℃に加熱
された基板上に行われ。これにより堆積は、適切な結晶
格子間原子の含有量および結果として望ましい磁気特性
を保証するに充分な高い温度となる。しかしあまりに高
いと薄膜が分解してしまう。後述の比較例2は、550
℃未満で行った時の例を示すもので、窒素含有量および
磁気特性は何れも低いものである。550℃未満では、
Sm/Feと窒素間の完全な反応は生じない。充分な窒
素が導入されなければ薄膜の磁気特性は悪くなる。
In the method of the present invention, the deposition is hot, ie preheated, preferably from about 550 ° C. to about 65.
Done on a substrate heated to 0 ° C, more preferably about 580 ° C to about 610 ° C. This causes the deposition to be at a sufficiently high temperature to ensure an adequate crystalline interstitial content and consequently the desired magnetic properties. However, if it is too high, the thin film will decompose. Comparative Example 2 described below is 550.
This is an example when performed at a temperature of less than ° C, and both the nitrogen content and the magnetic properties are low. Below 550 ° C,
The complete reaction between Sm / Fe and nitrogen does not occur. If sufficient nitrogen is not introduced, the thin film will have poor magnetic properties.

【0018】本発明の薄膜は磁気記録および光磁気記録
用媒体等に有用である。また本発明の製造方法は望まし
い磁気特性を有する薄膜の製法として有用である。
The thin film of the present invention is useful as a medium for magnetic recording and magneto-optical recording. Further, the manufacturing method of the present invention is useful as a method for manufacturing a thin film having desired magnetic properties.

【0019】[0019]

【実施例】以下、本発明を実施例により更に詳細に説明
するが、本発明の要旨を越えない限り本発明はこれら実
施例により何ら制限を受けるものではない。 一般手順 実施例および比較例において、薄膜は図1の模式図に示
された形式の2イオンビームスパッタリング装置を使用
して製造した。この装置はターボポンプ式真空チャンバ
ーを有し、基準圧10-7から10-8トールで操作した。
ターゲットは、SmおよびFe粉末を600℃の窒素雰
囲気で加熱してSm、Feおよび少量の吸着窒素を含有
するバルク粉末としたものをプレスしたものである。プ
レスして直径7.5cm、厚さ0.5cmのディスクと
した。ディスクは水冷器を取り付けた銅製バッキングプ
レート上に載置した。スパッタリングの間、プレス粉末
ターゲットは銅製バッキングプレートの水冷器により周
囲の温度に維持された。基板としては市販の1cm四方
のタンタル箔を用いた。基板を550〜650℃に加熱
した銅製加熱ブロックに取り付け、この温度にスパッタ
リングの間維持された。
The present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the present invention is not limited to these examples unless it exceeds the gist of the present invention. General Procedure In the examples and comparative examples, thin films were produced using a two ion beam sputtering system of the type shown in the schematic diagram of FIG. The system had a turbopump vacuum chamber and operated at a base pressure of 10 -7 to 10 -8 Torr.
The target is obtained by heating Sm and Fe powder in a nitrogen atmosphere at 600 ° C. to obtain a bulk powder containing Sm, Fe and a small amount of adsorbed nitrogen, and pressing the powder. It was pressed into a disk having a diameter of 7.5 cm and a thickness of 0.5 cm. The disc was placed on a copper backing plate fitted with a water cooler. During sputtering, the pressed powder target was maintained at ambient temperature with a copper backing plate water cooler. A commercially available 1 cm square tantalum foil was used as the substrate. The substrate was attached to a copper heating block heated to 550-650 ° C and maintained at this temperature during sputtering.

【0020】ターゲットのスパッタリングは、3cm焦
点のアルゴンイオンビーム源(米国カモンウエルス サ
イエンティフィク社製)を使用して行った。アルゴンイ
オンビーム源はターゲットより15cmとした。100
0eVのイオンエネルギーでイオン電流は20mAを使
用した。ターゲットの励起部は約4cmであった。薄膜
への窒素の導入は、基板を市販の1cmイオンビーム源
(米国カモンウエルスサイエンティフィク社製)を基板
より15cm離し、発生した窒素イオンで基板を照射し
て行った。窒素イオンエネルギーは、イオン電流を5m
Aの一定にして、50から350eVに変動させた。薄
膜堆積速度は約15から25オングストローム/分
(0.0015〜0.0025μm/分)であった。薄
膜の厚さは1000〜2000オングストローム(0.
1〜0.2μm)であった。
The sputtering of the target was carried out by using an argon ion beam source having a focus of 3 cm (manufactured by Cammon Wells Scientific Co., USA). The argon ion beam source was 15 cm from the target. 100
An ion current of 20 mA was used with an ion energy of 0 eV. The excitation part of the target was about 4 cm. Nitrogen was introduced into the thin film by irradiating the substrate with a commercially available 1 cm ion beam source (manufactured by Cammon Wells Scientific Co., USA) 15 cm away from the substrate and irradiating the substrate with generated nitrogen ions. Nitrogen ion energy has an ion current of 5 m
A was kept constant and varied from 50 to 350 eV. The thin film deposition rate was about 15 to 25 Å / min (0.0015-0.0025 μm / min). The thickness of the thin film is 1000 to 2000 angstroms (0.
1 to 0.2 μm).

【0021】薄膜の分析は、市販のX線回折装置(米国
ウォルザム社製リガクX線回折装置)でCukα線(波
長λ=1.54オングストローム)を使用して構造解析
を行った。薄膜の組成は、市販のX線X線光電子分光装
置(XPS、米国マウンテンビュー社製 サーフェスサ
イエンスインストラメントXPSシステム)でAlのk
α線(1465eV)を使用してサンプルに1ミリ径の
ビームを照射して分析を行った。放出されたコアレベル
光電子のエネルギーと強度を検知した。サンプルの各成
分から放出された放出光電子のエネルギー/強度は各サ
ンプルの成分の濃度に関連する。薄膜の磁気特性は市販
の振動サンプル磁力計を用いて測定した。
The thin film was analyzed by using a commercially available X-ray diffractometer (Rigaku X-ray diffractometer manufactured by Waltham, USA) using Cuk α rays (wavelength λ = 1.54 Å). The composition of the thin film was measured using a commercially available X-ray X-ray photoelectron spectrometer (XPS, Surface Science Instrument XPS system manufactured by Mountain View, Inc. in the US).
Analysis was performed by irradiating the sample with a 1 mm diameter beam using alpha rays (1465 eV). The energy and intensity of the emitted core level photoelectrons were detected. The energy / intensity of the emitted photoelectrons emitted from each component of the sample is related to the concentration of each sample component. The magnetic properties of the thin film were measured using a commercially available vibrating sample magnetometer.

【0022】実施例1 上述の一般手順にある装置を、基準圧2X10-7トー
ル、チャンバー圧アルゴンのみ9X10-5トール、チャ
ンバー圧窒素のみ9X10-5トール、スパッタリング圧
2X10-4トールにセットした。タンタル箔の基板を5
90℃に加熱した。アルゴンイオンビーム源はイオンビ
ームエネルギー1000eV、イオンビーム電流20m
Aとした。窒素イオンビーム源はイオンビームエネルギ
ー100eV、イオンビーム電流5mAとした。スパッ
タリングは60分間行い、厚さ1550オングストロー
ム(0.155ミクロン)の薄膜が得られた。
Example 1 The apparatus according to the above general procedure was set to a reference pressure of 2 × 10 −7 Torr, a chamber pressure of Argon only of 9 × 10 −5 Torr, a chamber pressure of Nitrogen of 9 × 10 −5 Torr, and a sputtering pressure of 2 × 10 −4 Torr. 5 tantalum foil substrates
Heated to 90 ° C. Argon ion beam source is ion beam energy 1000 eV, ion beam current 20 m
It was set to A. The nitrogen ion beam source had an ion beam energy of 100 eV and an ion beam current of 5 mA. Sputtering was carried out for 60 minutes, and a thin film having a thickness of 1550 angstrom (0.155 micron) was obtained.

【0023】得られた薄膜はXPSで分析した結果、全
Sm/Fe/Nに対し、Sm12.94原子%、Fe7
7.03原子%、N10.03原子%で、すなわちSm
2.87Fe17.0N2.22であった。保磁力は垂直方向で0.
248kOe、面内方向で1.02kOeであった。磁
化、σS は、垂直方向で16emu/g、面内方向で5
4emu/gであった。
The obtained thin film was analyzed by XPS, and as a result, Sm 12.94 atomic% and Fe7 based on the total Sm / Fe / N.
7.03 atomic% and N 10.03 atomic%, that is, Sm
It was 2.87Fe17.0N2.22. The coercive force is 0 in the vertical direction.
It was 248 kOe and 1.02 kOe in the in-plane direction. The magnetization, σ S, is 16 emu / g in the vertical direction and 5 in the in-plane direction.
It was 4 emu / g.

【0024】比較例1 上述の一般手順にある装置を、基準圧1X10-6トー
ル、チャンバー圧アルゴンのみ9X10-5トール、チャ
ンバー圧窒素のみは窒素ビームを使用しなかったので0
トール、スパッタリング圧9X10-5トールにセットし
た。タンタル箔の基板を580℃に加熱した。アルゴン
イオンビーム源はイオンビームエネルギー1000e
V、イオンビーム電流20mAとした。窒素イオンビー
ム源は使用しなかった。スパッタリングは70分間行
い、厚さ1590オングストローム(0.159ミクロ
ン)の薄膜が得られた。
COMPARATIVE EXAMPLE 1 The apparatus having the above general procedure was used with a reference pressure of 1 × 10 −6 Torr, a chamber pressure of Argon only of 9 × 10 −5 Torr, and a chamber pressure of Nitrogen only, since no nitrogen beam was used.
Torr and sputtering pressure were set to 9 × 10 −5 Torr. The tantalum foil substrate was heated to 580 ° C. Argon ion beam source has ion beam energy of 1000e
V and ion beam current were 20 mA. No nitrogen ion beam source was used. Sputtering was carried out for 70 minutes, and a thin film having a thickness of 1590 angstrom (0.159 micron) was obtained.

【0025】得られた薄膜はXPSで分析した結果、全
Sm/Fe/Nに対し、Sm25.6原子%、Fe7
4.4原子%、Nは0原子%で、すなわちSm5.8 Fe
17.0N0.0 であった。保磁力は垂直方向で0.298k
Oe、面内方向で0.073kOeであった。磁化、σ
S は、垂直方向で12emu/g、面内方向で20em
u/gであった。
The obtained thin film was analyzed by XPS, and as a result, Sm25.6 atomic% and Fe7 with respect to the total Sm / Fe / N were obtained.
4.4 atomic%, N is 0 atomic%, that is, Sm 5.8 Fe
It was 17.0 N0.0. Coercive force is 0.298k in vertical direction
Oe was 0.073 kOe in the in-plane direction. Magnetization, σ
S is 12 emu / g in the vertical direction and 20 em in the in-plane direction
It was u / g.

【0026】本比較例1は、窒素がターゲットのプレス
粉に存在していても、本発明に従って窒素イオンビーム
を使用しなければ結晶格子間原子の窒素はスパッタされ
て薄膜に入ることはないことを示す。 比較例2 上述の一般手順にある装置を、基準圧2X10-7トー
ル、チャンバー圧アルゴンのみ9X10-5トール、チャ
ンバー圧窒素のみ9X10-5、スパッタリング圧2X1
-4トールにセットした。タンタル箔の基板を525℃
に加熱した。アルゴンイオンビーム源はイオンビームエ
ネルギー1000eV、イオンビーム電流20mAとし
た。窒素イオンビーム源はイオンビームエネルギー20
0eV、イオンビーム電流5mAで操作した。スパッタ
リングは60分間行い、厚さ1540オングストローム
(0.154ミクロン)の薄膜が得られた。
In Comparative Example 1, even if nitrogen was present in the pressed powder of the target, nitrogen of crystal interstitials would not be sputtered into the thin film unless a nitrogen ion beam was used according to the present invention. Indicates. Comparative Example 2 The apparatus in the general procedure described above was used with a standard pressure of 2 × 10 −7 torr, chamber pressure of argon only 9 × 10 −5 torr, chamber pressure of nitrogen only 9 × 10 −5 , sputtering pressure 2 × 1.
Set to 0-4 torr. Tantalum foil substrate at 525 ℃
Heated to. The argon ion beam source had an ion beam energy of 1000 eV and an ion beam current of 20 mA. The nitrogen ion beam source has an ion beam energy of 20.
It was operated at 0 eV and an ion beam current of 5 mA. Sputtering was carried out for 60 minutes, and a thin film having a thickness of 1540 Å (0.154 micron) was obtained.

【0027】得られた薄膜はXPSで分析した結果、全
Sm/Fe/Nに対し、Sm9.61原子%、Fe8
3.8原子%、Nは6.59原子%で、すなわちSm1.
95Fe17.0N1.41で本願の組成範囲外であった。保磁力
は垂直方向で0.578kOe、面内方向で0.170
kOeであった。磁化、σS は、垂直方向で14emu
/g、面内方向で40emu/gであった。
The obtained thin film was analyzed by XPS, and as a result, based on the total Sm / Fe / N, Sm 9.61 atomic% and Fe 8
3.8 atom%, N is 6.59 atom%, that is, Sm1.
95Fe17.0N1.41 was out of the composition range of the present application. Coercive force is 0.578 kOe in the vertical direction and 0.170 in the in-plane direction.
It was kOe. The magnetization, σ S, is 14 emu in the vertical direction.
/ G and 40 emu / g in the in-plane direction.

【0028】本比較例2は、本発明のプロセスで用いら
れるより低い温度では結晶格子間原子の窒素は充分な量
がスパッタされて薄膜に入ることはなく、その薄膜の磁
気特性は低いことを示す。
Comparative Example 2 shows that at a lower temperature used in the process of the present invention, a sufficient amount of nitrogen, which is a crystal interstitial atom, is not sputtered into the thin film, and the thin film has poor magnetic properties. Show.

【0029】[0029]

【発明の効果】本発明の薄膜は、磁気特性に優れ磁気記
録あるいは光磁気記録用の媒体への応用が可能である。
また本発明の製造方法によれば磁気特性に優れた薄膜が
得られる。
The thin film of the present invention has excellent magnetic properties and can be applied to a medium for magnetic recording or magneto-optical recording.
Further, according to the manufacturing method of the present invention, a thin film having excellent magnetic properties can be obtained.

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

【図1】本発明の薄膜の製造方法を実施するために用い
られるイオンビーム装置の一例を示す摸式図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of an ion beam apparatus used for carrying out a thin film manufacturing method of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 スパッタリング用イオンビーム 2 イオンビーム源 3 ターゲット 6 基板 7 結晶格子間イオンビーム 9 結晶薄膜 1 Ion beam for sputtering 2 Ion beam source 3 Target 6 Substrate 7 Crystal interstitial ion beam 9 Crystal thin film

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01F 10/14 7371−5E 41/18 7371−5E // G11B 11/10 A 9075−5D ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification code Office reference number FI technical display location H01F 10/14 7371-5E 41/18 7371-5E // G11B 11/10 A 9075-5D

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 下記組成式(1)で示されることを特徴
とする結晶性薄膜。 【化1】Sm2-δ1 Fe17- δ2 X3-δ3・・・(1) (式中、Xは窒素、炭素または水素を示し、δ1 、δ2
、δ3 は各々独立して−1から+1である。)
1. A crystalline thin film represented by the following composition formula (1): ## STR1 ## Sm2-δ1 Fe17-δ2 X3-δ3 (1) (wherein X represents nitrogen, carbon or hydrogen, and δ1, δ2
, Δ3 are independently -1 to +1. )
【請求項2】 a)下記組成式(2)で示されるターゲ
ットにイオンビームを照射して、ターゲットからのスパ
ッタ原子を加熱基板上に到達させ、 【化2】Sm2-δ1 Fe17- δ2 Xδ4 ・・・(2) (式中、Xは窒素、炭素または水素を示し、δ1 、δ2
は各々独立して−1から+1であり、δ4 は0から3で
ある。) b)同時に、窒素、炭素または水素からなる結晶格子間
イオンビームを該加熱基板に、スパッタリングを起こさ
ないパワーレベルで照射して、該ターゲットおよび結晶
格子間イオンビームの両者からの原子を含有する薄膜を
基板上に形成させることを特徴とする結晶性薄膜の製造
方法。
2. A) A target represented by the following composition formula (2) is irradiated with an ion beam to allow sputtered atoms from the target to reach a heating substrate, and Sm2-δ1 Fe17-δ2 Xδ4. .. (2) (In the formula, X represents nitrogen, carbon or hydrogen, and δ1, δ2
Are independently -1 to +1 and δ4 is 0 to 3. B) At the same time, the heating substrate is irradiated with a crystal interstitial ion beam of nitrogen, carbon, or hydrogen at a power level that does not cause sputtering to contain atoms from both the target and the crystal interstitial ion beam. A method for producing a crystalline thin film, which comprises forming a thin film on a substrate.
JP4035166A 1991-02-22 1992-02-21 Crystalline thin film and its manufacture Pending JPH0593270A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6242085B1 (en) 1997-09-17 2001-06-05 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Magnetic recording medium and method for producing the same
JP2007238998A (en) * 2006-03-07 2007-09-20 Nippon Paint Co Ltd New composite chemical film and multilayer coating film using the same

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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