JPH06251939A - 軟磁性薄膜 - Google Patents

軟磁性薄膜

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JPH06251939A
JPH06251939A JP3361893A JP3361893A JPH06251939A JP H06251939 A JPH06251939 A JP H06251939A JP 3361893 A JP3361893 A JP 3361893A JP 3361893 A JP3361893 A JP 3361893A JP H06251939 A JPH06251939 A JP H06251939A
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JP
Japan
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phase
thin film
film
magnetic
magnetic thin
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JP3361893A
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English (en)
Inventor
Shigeo Fujii
重男 藤井
Shigehiro Onuma
繁弘 大沼
Hiroyasu Fujimori
啓安 藤森
Takeshi Masumoto
健 増本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
AMORPHOUS DENSHI DEVICE KENKYU
AMORPHOUS DENSHI DEVICE KENKYUSHO KK
Original Assignee
AMORPHOUS DENSHI DEVICE KENKYU
AMORPHOUS DENSHI DEVICE KENKYUSHO KK
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • 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
    • H01F10/14Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers characterised by the composition being metals or alloys containing iron or nickel
    • H01F10/147Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers characterised by the composition being metals or alloys containing iron or nickel with lattice under strain, e.g. expanded by interstitial nitrogen

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Thin Magnetic Films (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、高周波領域で使用される磁気デバイ
スに適うべく高飽和磁化、高透磁率、高比抵抗の軟磁性
薄膜を提供することを目的とする。 【構成】本発明は、鉄と窒素を主体とする磁性薄膜にお
いて、X線回折の与える構造がα−Feとγ′−Fe4
Nの二相構造から成ることを特徴とする。ここに、α−
Fe相は(110)面が膜面に平行に強く配向してい
る。γ′−Fe4 N相は(111)面または(200)
面が膜面に平行に配向し、これらのX線回折強度の総和
に対するα−Feの(110)面のX線回折強度比が
0.7〜1.3の範囲にあり、結晶粒径は150オング
ストローム以下である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は磁気ヘッドや薄膜インダ
クタ、トランスなどの高周波領域において使用される軟
磁性薄膜に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、高密度磁気記録用の磁気ヘッドあ
るいはインダクタ、トランスなど磁気デバイスの薄膜化
が進められており、それらに適用される軟磁性薄膜に対
する研究が活発になっている。これらの電子部品は数M
Hz以上の高周波領域で使用され、高透磁率・高飽和磁
束密度(Bs)が要求され、センダスト合金やCo系非
晶質合金などの金属薄膜が利用されてきた。しかし、よ
り高い周波数領域で使用するためには、高Bsが必要で
あるばかりでなく、渦電流による損失を防ぐため高い電
気抵抗も要求される。高Bs磁性材料としては、僅かな
窒素を含むFe膜が提案されている(IEEE Trans.Magn.
MAG-20,1451(1984))。該Fe窒化物薄膜は、スパッタリ
ングなどにより膜形成時に窒素ガスを導入することで形
成され、Bsが20kG以上で20e以下の保磁力を有
する軟磁性が得られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記高飽和磁
化Fe窒化物薄膜は、透磁率μが2000以下と小さ
く、さらに比抵抗ρも30μΩcm以下と小さいために、
渦電流損失のため高周波での透磁率が著しく減少する。
このためZr、Hfなどの第三元素を添加し透磁率並び
に比抵抗を向上させた例も報告されている(日本応用磁
気学会誌 Vol.15,371(1991)) 。該報告の薄膜は、55
0℃の熱処理によってα−Fe相とZrN、HfNなど
の窒化物相が析出した構造を有し、周波数5MHzでは
μが約3000を示し比抵抗も若干向上するものの、B
sは16kGまで低下する。磁気デバイスを今後より高
周波領域で動作させるためには、より飽和磁化が大き
く、比抵抗の高い材料が必要である。
【0004】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
で、高周波領域で使用される磁気デバイスに適うべく高
飽和磁化、高透磁率、高比抵抗の軟磁性薄膜を提供する
ことを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、鉄と窒素を主体とする磁性薄膜において、
X線回折の与える構造がα−Feとγ′−Fe4 Nの二
相から成ることを特徴とするものである。
【0006】又、上記α−Fe相は膜面に平行に(11
0)面が強く配向し、上記γ′−Fe4 Nは膜面に平行
に(111)面もしくは(200)面が配向しており、
この二つのX線回折強度の総和に対するα−Feの(1
10)面のX線回折強度比が、0.7〜1.3の範囲に
あることを特徴とするものである。又、上記α−Fe相
の結晶粒径は150オングストローム以下であることを
特徴とするものである。
【0007】
【作用】本発明は上記手段により、低保磁力でかつ高透
磁率にできる。また、透磁率が高いばかりでなく、膜の
比抵抗も大きいことから、透磁率の高周波での減衰が少
なく周波数特性に優れている。
【0008】
【実施例】以下図面を参照して本発明の一実施例を詳細
に説明すると、鉄と窒素を主体とする磁性薄膜におい
て、X線回折の与える構造がα−Feとγ′−Fe4
の二相構造から成ることを特徴とする。ここに、α−F
e相は(110)面が膜面に平行に強く配向している。
γ′−Fe4 N相は(111)面または(200)面が
膜面に平行に配向し、これらのX線回折強度の総和に対
するα−Feの(110)面のX線回折強度比が0.7
〜1.3の範囲にあり、結晶粒径は150オングストロ
ーム以下である。そして、本実施例においては膜形成直
後、既にα−Feとγ′−Fe4 Nの二相構造を有し、
熱処理によりその軟磁気特性の改善を行う。なお、本実
施例の膜の比抵抗ρは、従来技術である僅かな窒素を含
むFe膜が30μΩcm以下であるのに対し、70μΩ
cm以上と大きい。
【0009】α−Feとγ′−Fe4 Nの二相構造を有
する磁性膜は、特開平4−65805号公報に報告され
ている。しかし、該公報に述べられているように第三元
素を必要とし、また日本応用磁気学会誌 Vol.15,371 (1
991)に述べられているように成膜直後ではα−Fe単相
であって、熱処理により初めて二相構造が実現されるも
のであり、本実施例とは明らかに異なる。
【0010】さて、本実施例の特徴を述べる。図1はC
uを線源とするX線回折パターンである。(a)は従来
知られている僅かな窒素を含むα−Fe単相構造を有す
るFe窒化物薄膜、(b),(c)は本実施例の二相構
造を持つFe−N二元系薄膜を示す特性図である。すな
わち、従来の技術の項で述べた高飽和磁化Fe窒化物の
構造は、図1(a)に示すようにα−Fe単相であり
(110)面が膜面に配向している。それに対し、本実
施例の鉄と窒素を主体とする磁性薄膜では、図1
(b),(c)に示すようにα−Feとγ′−Fe4
の二相構造が確認される。ここで、本実施例においても
α−Fe相は(a)と同様(110)配向している。
γ′−Fe4 N相の配向は、(b),(c)に明らかな
ように(111)または(200)のいずれかである
が、この二つの回折ピークが検出されることが必要であ
る。特開平4−65805号公報に認められるような
(200)ピークのみが検出される場合は、膜の軟磁気
特性が充分に発現されない。
【0011】γ′−Fe4 N相の(111)面と(20
0)面の回折強度の総和に対するα−Fe相の(11
0)面のX線回折強度比が0.7以下のときはγ′−F
4 N相が主体となり、保磁力など膜の軟磁気特性が充
分発現されない。さらに、このときα−Fe相の結晶粒
径は150オングストローム以上となる。該強度比が
1.3以上の場合はα−Fe相が主体となり、α−Fe
相の結晶粒径が150オングストローム以下とはなるも
のの、図1(a)のような構造を有する従来の高飽和磁
化Fe窒化物薄膜の軟磁気特性を陵駕することができな
い。
【0012】ところで、このような二相混合の比をそれ
ぞれの相の飽和磁化Bsの値から見積もった場合、α−
Fe相のBsを21kG、γ′−Fe4 N相のそれを1
6kGとすれば、全体積中α−Fe相は20〜60%占
めることになる。以下に具体的実施例について述べる。 (具体的実施例)
【0013】アシストビームを有するイオンビームスパ
ッタ装置を用いて、1000〜1200V、200〜4
00mAのビーム出力でFeターゲット上にビーム流を
当てスパッタする。このとき同時にアシストイオン源か
ら窒素ビーム流を100〜400V、20〜30mAで
基板に照射し、ガラス基板上に0.5〜1μmの膜を形
成する。次に、真空中370〜420℃で一時間の熱処
理を施す。得られた膜の振動式磁力計(V.S.M)か
ら求めた磁気特性、8の字コイル法で測定した透磁率、
4探針法で測定した比抵抗、X線回折から求めたγ′−
Fe4 N相の(111)と(200)の回折強度の総和
に対するα−Fe相の(110)の強度比(I(110)
(111) +I(200) )、および(110)回折ピークの
半値幅から求めたα−Fe相の結晶粒径を図2に示す。
【0014】図3は図2中の本発明の実施例No.6お
よび従来例No.11の膜の印加磁場10mOeでの透
磁率の周波数特性である。図中μ′は複素透磁率の実数
部を、μ″は虚数部を表わす。 (比較例)
【0015】アシストイオン源のビーム電流を20mA
以下、または40mA以上とした以外は本発明の実施例
と同様に膜を作成した。得られた膜の諸特性を図2に示
す。 (従来例)
【0016】イオンビーム電流を200mA、アシスト
ビーム電流を5mAとした以外は本発明の実施例と同様
である。得られた膜の諸特性を図2に、透磁率の高周波
特性を図3に示す。
【0017】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、従来
知られていたα−Fe単相構造を有する僅かな窒素を含
むFe膜に比べ、低保磁力でかつ高透磁率である。ま
た、図3から明らかなように、該従来例に比較し透磁率
が高いばかりでなく、膜の比抵抗も大きいことから、透
磁率の高周波での減衰が少なく周波数特性に優れてい
る。よって、本発明は磁気ヘッド、薄膜型のインダクタ
やトランスなどの高周波用磁気デバイス材料として期待
される。
【0018】なお、本発明の実施例ではFe−N二元系
磁性膜のみを示したが、耐蝕性などを向上させる目的で
本発明の膜の結晶構造を損なわない程度の第三元素を含
んでもよい。さらに、他の材料と組合わせて多層構造膜
としてもよいことは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図1】Cuを線源とするX線回折パターンである。
(a)は従来知られている僅かな窒素を含むα−Fe単
相構造を有するFe窒化物薄膜、(b),(c)は本発
明の実施例に係る二相構造を持つFe−N二元系薄膜を
示す特性図である。
【図2】本発明の具体的実施例の諸特性を従来例及び比
較例の諸特性と比較して示す説明図である。
【図3】図2中の本発明の実施例No.6および従来例
No.11の膜の印加磁場10mOeでの透磁率の周波
数特性図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大沼 繁弘 宮城県仙台市青葉区南吉成6−6−3 株 式会社アモルファス・電子デバイス研究所 内 (72)発明者 藤森 啓安 宮城県仙台市青葉区吉成2−20−3 (72)発明者 増本 健 宮城県仙台市青葉区上杉3−8−22

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 鉄と窒素を主体とする磁性薄膜におい
    て、X線回折の与える構造がα−Feとγ′−Fe4
    の二相から成ることを特徴とする軟磁性薄膜。
  2. 【請求項2】 α−Fe相は膜面に平行に(110)面
    が強く配向し、γ′−Fe4 Nは膜面に平行に(11
    1)面もしくは(200)面が配向しており、この二つ
    のX線回折強度の総和に対するα−Feの(110)面
    のX線回折強度比が、0.7〜1.3の範囲にあること
    を特徴とする請求項1記載の軟磁性薄膜。
  3. 【請求項3】 α−Fe相の結晶粒径は150オングス
    トローム以下であることを特徴とする請求項1記載の軟
    磁性薄膜。
JP3361893A 1993-02-23 1993-02-23 軟磁性薄膜 Pending JPH06251939A (ja)

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JP (1) JPH06251939A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6346336B1 (en) 1998-05-27 2002-02-12 Matsushita Electrical Industrial Co., Ltd. Soft magnetic film soft magnetic multilayer film method of manufacturing the same and magnetic device

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6346336B1 (en) 1998-05-27 2002-02-12 Matsushita Electrical Industrial Co., Ltd. Soft magnetic film soft magnetic multilayer film method of manufacturing the same and magnetic device

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