JPH09129444A - 高周波用軟磁性合金薄膜 - Google Patents
高周波用軟磁性合金薄膜Info
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- JPH09129444A JPH09129444A JP28630095A JP28630095A JPH09129444A JP H09129444 A JPH09129444 A JP H09129444A JP 28630095 A JP28630095 A JP 28630095A JP 28630095 A JP28630095 A JP 28630095A JP H09129444 A JPH09129444 A JP H09129444A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ５００ＭＨｚ〜１ＧＨｚあるいはそれ以上の
高周波領域において優れた軟磁気特性を有する高周波用
軟磁性合金薄膜の提供。 【解決手段】 Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちの少なくとも１
種からなる強磁性金属元素Ｔを主成分とし、平均結晶粒
径が３０nm以下の結晶粒２１からなる結晶相と、前記結
晶粒の粒界に存在する非晶質相２５の二相を主体とする
軟磁性合金薄膜であって、前記結晶粒２１の特定の結晶
方位が軟磁性合金薄膜の膜面法線方向以外の方向に優先
配向してなる高周波用軟磁性合金薄膜２０。
高周波領域において優れた軟磁気特性を有する高周波用
軟磁性合金薄膜の提供。 【解決手段】 Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちの少なくとも１
種からなる強磁性金属元素Ｔを主成分とし、平均結晶粒
径が３０nm以下の結晶粒２１からなる結晶相と、前記結
晶粒の粒界に存在する非晶質相２５の二相を主体とする
軟磁性合金薄膜であって、前記結晶粒２１の特定の結晶
方位が軟磁性合金薄膜の膜面法線方向以外の方向に優先
配向してなる高周波用軟磁性合金薄膜２０。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、液晶テレビ用アン
テナ、磁気ヘッドのコア、パルスモータの磁心、チョー
クコイルの磁性コア、トランス等のマイクロ磁気デバイ
ス分野に好適に使用できる軟磁気特性に優れた高周波用
軟磁性合金薄膜に関する。
テナ、磁気ヘッドのコア、パルスモータの磁心、チョー
クコイルの磁性コア、トランス等のマイクロ磁気デバイ
ス分野に好適に使用できる軟磁気特性に優れた高周波用
軟磁性合金薄膜に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、磁気ヘッドのコアやパルスモー
タの磁心あるいはトランスやチョークコイルなどに用い
られている軟磁性合金に要求される特性は、飽和磁束密
度が高いこと、透磁率が高いこと、低保磁力であるこ
と、薄い形状が得やすいことなどである。従って軟磁性
合金の開発においては、これらの観点から種々の合金系
において材料研究がなされている。従来、前述の用途に
対する材料として、センダスト、パーマロイ、けい素鋼
等の結晶質合金が用いられ、特に最近では、Ｆｅ系やＣ
ｏ系の非晶質合金も使用されるようになってきている。
しかるに、機器の小型化、高性能化に対応するために、
より高性能の軟磁性材料が望まれている。
タの磁心あるいはトランスやチョークコイルなどに用い
られている軟磁性合金に要求される特性は、飽和磁束密
度が高いこと、透磁率が高いこと、低保磁力であるこ
と、薄い形状が得やすいことなどである。従って軟磁性
合金の開発においては、これらの観点から種々の合金系
において材料研究がなされている。従来、前述の用途に
対する材料として、センダスト、パーマロイ、けい素鋼
等の結晶質合金が用いられ、特に最近では、Ｆｅ系やＣ
ｏ系の非晶質合金も使用されるようになってきている。
しかるに、機器の小型化、高性能化に対応するために、
より高性能の軟磁性材料が望まれている。
【０００３】ところが、前記のセンダストは、軟磁気特
性には優れるものの、飽和磁束密度が約１１ｋＧ程度と
低い欠点があり、パーマロイも同様に、軟磁気特性に優
れる合金組成においては飽和磁束密度が約８ｋＧと低い
欠点があり、けい素鋼は飽和磁束密度は高いものの、軟
磁気特性に劣る欠点がある。一方、Ｃｏ基の非晶質合金
は、軟磁気特性には優れるものの、飽和磁束密度が１０
ｋＧ程度と不十分である。また、Ｆｅ基の非晶質合金
は、飽和磁束密度が高く、１５ｋＧあるいはそれ以上の
ものが得られるが、軟磁気特性が不十分な傾向がある。
更に、非晶質合金の熱安定性は十分ではなく、未だ未解
決の面がある。以上のことから従来の材料では、高飽和
磁束密度と優れた軟磁気特性を兼備することは難しい。
性には優れるものの、飽和磁束密度が約１１ｋＧ程度と
低い欠点があり、パーマロイも同様に、軟磁気特性に優
れる合金組成においては飽和磁束密度が約８ｋＧと低い
欠点があり、けい素鋼は飽和磁束密度は高いものの、軟
磁気特性に劣る欠点がある。一方、Ｃｏ基の非晶質合金
は、軟磁気特性には優れるものの、飽和磁束密度が１０
ｋＧ程度と不十分である。また、Ｆｅ基の非晶質合金
は、飽和磁束密度が高く、１５ｋＧあるいはそれ以上の
ものが得られるが、軟磁気特性が不十分な傾向がある。
更に、非晶質合金の熱安定性は十分ではなく、未だ未解
決の面がある。以上のことから従来の材料では、高飽和
磁束密度と優れた軟磁気特性を兼備することは難しい。
【０００４】このような背景から本発明者らは、前記の
課題を解決する軟磁性合金薄膜として、特願平６−４７
５０５号公報、特願平６−５７８９０号公報などにおい
てスパッタ装置等の方法によりＦｅ-Ｍ-Ｏ系またはＦｅ
-Ｍ-Ｎ（ＭはＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｖ，Ｔａ，Ｍ
ｏ，Ｗのうちの少なくとも１種からなる元素を表す。）
系の軟磁性合金薄膜を特許出願している。これらの特許
出願に係る軟磁性合金薄膜は、図４に示すように平均結
晶粒径が数ｎｍ〜数１０ｎｍであり、Ｆｅを主成分とす
るｂｃｃ構造の結晶粒１１からなる結晶相と、ｂｃｃ構
造の結晶粒１１の粒界に存在する粒界非晶質相１５を混
在させたものであり、優秀な軟磁気特性と高い飽和磁束
密度を兼ね備えるものであった。
課題を解決する軟磁性合金薄膜として、特願平６−４７
５０５号公報、特願平６−５７８９０号公報などにおい
てスパッタ装置等の方法によりＦｅ-Ｍ-Ｏ系またはＦｅ
-Ｍ-Ｎ（ＭはＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｖ，Ｔａ，Ｍ
ｏ，Ｗのうちの少なくとも１種からなる元素を表す。）
系の軟磁性合金薄膜を特許出願している。これらの特許
出願に係る軟磁性合金薄膜は、図４に示すように平均結
晶粒径が数ｎｍ〜数１０ｎｍであり、Ｆｅを主成分とす
るｂｃｃ構造の結晶粒１１からなる結晶相と、ｂｃｃ構
造の結晶粒１１の粒界に存在する粒界非晶質相１５を混
在させたものであり、優秀な軟磁気特性と高い飽和磁束
密度を兼ね備えるものであった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところが、前記Ｆｅ-
Ｍ-Ｏ系またはＦｅ-Ｍ-Ｎ系の軟磁性合金薄膜にあって
は、Ｆｅを主成分とするｂｃｃ構造の結晶粒１１の結晶
方位の配列方向がランダムであり、例えば、各ｂｃｃ結
晶の結晶磁気異方性の磁化容易軸（＜１００＞方向）の
配列方向がランダムであり、自然共鳴周波数が５００Ｍ
Ｈｚ〜１ＧＨｚの高周波領域に存在していた。このた
め、５００ＭＨｚ〜１ＧＨｚの高周波領域で使用する
と、自然共鳴が起り、これに起因して図５に示すように
複素透磁率の実数部μ′が複素透磁率の虚数部μ″より
も低下し、Ｑ（＝（１／ｔａｎδ）＝（μ′／μ″））
が低下してしまい、磁心損失が大きくなってしまう。図
５は、従来の軟磁性合金薄膜が使用される時の周波数
と、複素透磁率の実数部μ′ならびに複素透磁率の虚数
部μ″との関係を示したグラフである。前記Ｑは、コア
材の損失特性を示すものであり、この値が大きいほど、
高周波用材料として優れるものである。
Ｍ-Ｏ系またはＦｅ-Ｍ-Ｎ系の軟磁性合金薄膜にあって
は、Ｆｅを主成分とするｂｃｃ構造の結晶粒１１の結晶
方位の配列方向がランダムであり、例えば、各ｂｃｃ結
晶の結晶磁気異方性の磁化容易軸（＜１００＞方向）の
配列方向がランダムであり、自然共鳴周波数が５００Ｍ
Ｈｚ〜１ＧＨｚの高周波領域に存在していた。このた
め、５００ＭＨｚ〜１ＧＨｚの高周波領域で使用する
と、自然共鳴が起り、これに起因して図５に示すように
複素透磁率の実数部μ′が複素透磁率の虚数部μ″より
も低下し、Ｑ（＝（１／ｔａｎδ）＝（μ′／μ″））
が低下してしまい、磁心損失が大きくなってしまう。図
５は、従来の軟磁性合金薄膜が使用される時の周波数
と、複素透磁率の実数部μ′ならびに複素透磁率の虚数
部μ″との関係を示したグラフである。前記Ｑは、コア
材の損失特性を示すものであり、この値が大きいほど、
高周波用材料として優れるものである。
【０００６】そこで、前記系の軟磁性合金薄膜につい
て、本発明者らが更に研究を重ねた結果、結晶粒の特定
の結晶方位を軟磁性合金薄膜の膜面法線方向以外の方向
に優先的に配向させて、一軸異方性エネルギーをある特
定範囲に調節することで、特に、５００ＭＨｚ〜１ＧＨ
ｚの高周波領域でのμ′の低下が改善され、良好な軟磁
気特性を有するものを得ることができることが判明し
た。本発明は前記事情に鑑みてなされたものであり、５
００ＭＨｚ〜１ＧＨｚあるいはそれ以上の高周波領域に
おいて優れた軟磁気特性を有する高周波用軟磁性合金薄
膜を提供することにある。
て、本発明者らが更に研究を重ねた結果、結晶粒の特定
の結晶方位を軟磁性合金薄膜の膜面法線方向以外の方向
に優先的に配向させて、一軸異方性エネルギーをある特
定範囲に調節することで、特に、５００ＭＨｚ〜１ＧＨ
ｚの高周波領域でのμ′の低下が改善され、良好な軟磁
気特性を有するものを得ることができることが判明し
た。本発明は前記事情に鑑みてなされたものであり、５
００ＭＨｚ〜１ＧＨｚあるいはそれ以上の高周波領域に
おいて優れた軟磁気特性を有する高周波用軟磁性合金薄
膜を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちの少なくとも１種からなる強磁
性金属元素Ｔを主成分とし、平均結晶粒径が３０nm以下
の結晶粒からなる結晶相と、前記結晶粒の粒界に存在す
る非晶質相の２相を主体とする軟磁性合金薄膜であっ
て、前記結晶粒の特定の結晶方位が軟磁性合金薄膜の膜
面法線方向以外の方向に優先配向してなることを特徴と
する高周波用軟磁性合金薄膜を前記課題の解決手段とし
た。
Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちの少なくとも１種からなる強磁
性金属元素Ｔを主成分とし、平均結晶粒径が３０nm以下
の結晶粒からなる結晶相と、前記結晶粒の粒界に存在す
る非晶質相の２相を主体とする軟磁性合金薄膜であっ
て、前記結晶粒の特定の結晶方位が軟磁性合金薄膜の膜
面法線方向以外の方向に優先配向してなることを特徴と
する高周波用軟磁性合金薄膜を前記課題の解決手段とし
た。
【０００８】また、請求項２記載の発明は、膜面内での
一軸異方性エネルギーが１０4ｅｒｇ／ｃｍ3以上２×１
０5ｅｒｇ／ｃｍ3以下であることを特徴とする請求項１
記載の高周波用軟磁性合金薄膜を前記課題の解決手段と
した。
一軸異方性エネルギーが１０4ｅｒｇ／ｃｍ3以上２×１
０5ｅｒｇ／ｃｍ3以下であることを特徴とする請求項１
記載の高周波用軟磁性合金薄膜を前記課題の解決手段と
した。
【０００９】また、請求項３記載の発明は、軟磁性合金
薄膜の平均の磁化容易軸方向と膜面法線方向とを含む面
Ｅ上に存在するあらゆる方向における特定の結晶面の極
密度を、該面Ｅ上の全角度にわたって積分した値をＸと
し、軟磁性合金薄膜の平均の磁化困難軸方向と膜面法線
方向とを含む面Ｈ上に存在するあらゆる方向における特
定の結晶面（格子面）の極密度を、該面Ｈ上の全角度に
わたって積分した値をＹとし、前記特定の結晶面が結晶
磁気異方性の磁化容易方向と垂直な結晶面（格子面）で
あるとき、前記結晶粒の配向度が１．０５≦Ｘ／Ｙ≦１
０で示される条件を満たす範囲であることを特徴とする
請求項１又は２記載の高周波用軟磁性合金薄膜を前記課
題の解決手段とした。
薄膜の平均の磁化容易軸方向と膜面法線方向とを含む面
Ｅ上に存在するあらゆる方向における特定の結晶面の極
密度を、該面Ｅ上の全角度にわたって積分した値をＸと
し、軟磁性合金薄膜の平均の磁化困難軸方向と膜面法線
方向とを含む面Ｈ上に存在するあらゆる方向における特
定の結晶面（格子面）の極密度を、該面Ｈ上の全角度に
わたって積分した値をＹとし、前記特定の結晶面が結晶
磁気異方性の磁化容易方向と垂直な結晶面（格子面）で
あるとき、前記結晶粒の配向度が１．０５≦Ｘ／Ｙ≦１
０で示される条件を満たす範囲であることを特徴とする
請求項１又は２記載の高周波用軟磁性合金薄膜を前記課
題の解決手段とした。
【００１０】また、請求項４記載の発明は、比抵抗が３
００μΩ・ｃｍ以上であることを特徴とする請求項１、
２又は３に記載の高周波用軟磁性合金薄膜を前記課題の
解決手段とした。また、請求項５記載の発明は、Ｆｅ、
Ｃｏ、Ｎｉのうちの少なくとも１種からなる強磁性金属
元素Ｔと、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、
Ｗのうちの少なくとも１種からなる元素Ｍと、Ｎ、Ｏの
うち少なくとも１種からなる元素Ｄを主体として構成さ
れてなることを特徴とする請求項１、２、３又は４記載
の高周波用軟磁性合金薄膜を前記課題の解決手段とし
た。
００μΩ・ｃｍ以上であることを特徴とする請求項１、
２又は３に記載の高周波用軟磁性合金薄膜を前記課題の
解決手段とした。また、請求項５記載の発明は、Ｆｅ、
Ｃｏ、Ｎｉのうちの少なくとも１種からなる強磁性金属
元素Ｔと、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、
Ｗのうちの少なくとも１種からなる元素Ｍと、Ｎ、Ｏの
うち少なくとも１種からなる元素Ｄを主体として構成さ
れてなることを特徴とする請求項１、２、３又は４記載
の高周波用軟磁性合金薄膜を前記課題の解決手段とし
た。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明について更に詳細に
説明する。図１は、本発明に係る高周波用軟磁性合金薄
膜の組織状態の一例を示す模式図であり、図中符号２０
は高周波用軟磁性合金薄膜である。この高周波用軟磁性
合金薄膜２０は、後述する種々の組成を有し、Ｆｅ、Ｃ
ｏ、Ｎｉのうちの少なくとも１種からなる強磁性金属元
素Ｔを主成分とし、平均結晶粒径が３０nm以下の結晶粒
２１からなる結晶相と、結晶粒２１の粒界に存在する非
晶質相２５の二相を主体としてなる組織を有する。結晶
粒２１の結晶構造は体心立方構造のほか、Ｆｅ、Ｃｏ、
Ｎｉの成分比によっては面心立方構造、六方稠密構造と
することができ、いずれの場合もそれぞれの結晶構造の
ときの結晶磁気異方性エネルギーを利用することができ
る。この高周波用軟磁性合金薄膜２０においては、結晶
粒２１の特定の結晶方位が膜面法線方向以外の方向に優
先的に配向されており、例えば、結晶粒２１の磁化容易
軸ａ2あるいはａ2と垂直な面が膜面法線方向以外の方向
に優先的に配向されている。
説明する。図１は、本発明に係る高周波用軟磁性合金薄
膜の組織状態の一例を示す模式図であり、図中符号２０
は高周波用軟磁性合金薄膜である。この高周波用軟磁性
合金薄膜２０は、後述する種々の組成を有し、Ｆｅ、Ｃ
ｏ、Ｎｉのうちの少なくとも１種からなる強磁性金属元
素Ｔを主成分とし、平均結晶粒径が３０nm以下の結晶粒
２１からなる結晶相と、結晶粒２１の粒界に存在する非
晶質相２５の二相を主体としてなる組織を有する。結晶
粒２１の結晶構造は体心立方構造のほか、Ｆｅ、Ｃｏ、
Ｎｉの成分比によっては面心立方構造、六方稠密構造と
することができ、いずれの場合もそれぞれの結晶構造の
ときの結晶磁気異方性エネルギーを利用することができ
る。この高周波用軟磁性合金薄膜２０においては、結晶
粒２１の特定の結晶方位が膜面法線方向以外の方向に優
先的に配向されており、例えば、結晶粒２１の磁化容易
軸ａ2あるいはａ2と垂直な面が膜面法線方向以外の方向
に優先的に配向されている。
【００１２】そして、この高周波用軟磁性合金薄膜２０
においては、結晶粒２１の特定の結晶方位が膜面法線方
向以外の方向に優先的に配向させることにより、膜面内
での一軸異方性エネルギー（Ｋu）がある特定範囲に調
節されている。前記一軸異方性エネルギーの範囲は、１
０4ｅｒｇ／ｃｍ3以上２×１０5ｅｒｇ／ｃｍ3以下、好
ましくは２×１０4〜１×１０5ｅｒｇ／ｃｍ3とされ
る。一軸異方性エネルギーが１０4ｅｒｇ／ｃｍ3未満で
あると、磁界中で成膜するあるいは成膜後に磁界中で熱
処理する等の従来公知の方法でも付与可能であり、一軸
異方性エネルギーが２×１０5ｅｒｇ／ｃｍ3を超えると
透磁率の値が小さくなり過ぎて好ましくないからであ
る。
においては、結晶粒２１の特定の結晶方位が膜面法線方
向以外の方向に優先的に配向させることにより、膜面内
での一軸異方性エネルギー（Ｋu）がある特定範囲に調
節されている。前記一軸異方性エネルギーの範囲は、１
０4ｅｒｇ／ｃｍ3以上２×１０5ｅｒｇ／ｃｍ3以下、好
ましくは２×１０4〜１×１０5ｅｒｇ／ｃｍ3とされ
る。一軸異方性エネルギーが１０4ｅｒｇ／ｃｍ3未満で
あると、磁界中で成膜するあるいは成膜後に磁界中で熱
処理する等の従来公知の方法でも付与可能であり、一軸
異方性エネルギーが２×１０5ｅｒｇ／ｃｍ3を超えると
透磁率の値が小さくなり過ぎて好ましくないからであ
る。
【００１３】また、高周波用軟磁性合金薄膜２０中の結
晶粒２１の配向度は、１．０５≦Ｘ／Ｙ≦１０で示され
る条件を満たす範囲とされる。ここでの高周波用軟磁性
合金薄膜２０中の結晶粒２１の配向度の尺度としては、
結晶磁気異方性の磁化容易方向（強磁性金属元素Ｔが体
心立方構造のＦｅなら＜１００＞方向、強磁性金属元素
Ｔが六方稠密構造のＣoなら＜０００１＞方向とな
る。）と垂直な格子面（強磁性金属元素ＴがＦｅなら
｛１００｝面、強磁性金属元素ＴがＣoなら｛０００
１｝面）の極密度を用いたものである。
晶粒２１の配向度は、１．０５≦Ｘ／Ｙ≦１０で示され
る条件を満たす範囲とされる。ここでの高周波用軟磁性
合金薄膜２０中の結晶粒２１の配向度の尺度としては、
結晶磁気異方性の磁化容易方向（強磁性金属元素Ｔが体
心立方構造のＦｅなら＜１００＞方向、強磁性金属元素
Ｔが六方稠密構造のＣoなら＜０００１＞方向とな
る。）と垂直な格子面（強磁性金属元素ＴがＦｅなら
｛１００｝面、強磁性金属元素ＴがＣoなら｛０００
１｝面）の極密度を用いたものである。
【００１４】図２は、結晶粒２１の配向度の条件を説明
するための図である。前記極密度は、例えばＡ方向（膜
面２６と角θをなす方向）が、前記格子面（体心立方の
｛１００｝面、六方稠密構造の｛０００１｝面など）の
法線方向（すなわち体心立方の＜１００＞方向、六方稠
密構造の＜０００１＞方向など）と一致する結晶粒がど
のような確率密度で薄膜２０中に存在するのかを表す指
標である。例えば、Ａ方向での｛１００｝面の極密度が
高いということはＡ方向に＜１００＞方向を向いた結晶
粒２１が多く存在することを表す。前記Ｘは、軟磁性合
金薄膜２０の平均の磁化容易軸Ｃ方向と膜面法線Ｐ方向
とを含む面Ｅ上に存在するあらゆる方向における特定の
結晶面（格子面）の極密度を、該面Ｅ上の全角度（θ＝
０からθ＝πまで）にわたって積分したときの値であ
る。
するための図である。前記極密度は、例えばＡ方向（膜
面２６と角θをなす方向）が、前記格子面（体心立方の
｛１００｝面、六方稠密構造の｛０００１｝面など）の
法線方向（すなわち体心立方の＜１００＞方向、六方稠
密構造の＜０００１＞方向など）と一致する結晶粒がど
のような確率密度で薄膜２０中に存在するのかを表す指
標である。例えば、Ａ方向での｛１００｝面の極密度が
高いということはＡ方向に＜１００＞方向を向いた結晶
粒２１が多く存在することを表す。前記Ｘは、軟磁性合
金薄膜２０の平均の磁化容易軸Ｃ方向と膜面法線Ｐ方向
とを含む面Ｅ上に存在するあらゆる方向における特定の
結晶面（格子面）の極密度を、該面Ｅ上の全角度（θ＝
０からθ＝πまで）にわたって積分したときの値であ
る。
【００１５】
【数１】
【００１６】前記Ｙは、軟磁性合金薄膜２０の平均の磁
化困難軸Ｇ方向と膜面法線Ｐ方向とを含む面Ｈ上に存在
するあらゆる方向における特定の結晶面の極密度を、該
面Ｈ上の全角度（φ＝０からφ＝πまで）にわたって積
分したときの値である。
化困難軸Ｇ方向と膜面法線Ｐ方向とを含む面Ｈ上に存在
するあらゆる方向における特定の結晶面の極密度を、該
面Ｈ上の全角度（φ＝０からφ＝πまで）にわたって積
分したときの値である。
【００１７】
【数２】
【００１８】前記特定の結晶面とは、結晶磁気異方性の
磁化容易方向と垂直な結晶面（格子面）である。本発明
において結晶粒２１の配向度を１．０５≦Ｘ／Ｙ≦１０
で示される条件を満たす範囲としたのは、Ｘ／Ｙが１．
０５未満あるいは１０を超えると一軸異方性エネルギー
を１０4ｅｒｇ／ｃｍ3以上２×１０5以下の範囲にする
ことが困難であり、また、Ｘ／Ｙ＝１であると、膜面２
６内成分での結晶方位の優先配向がないことになり、結
晶磁気異方性に起因する膜面２６内での一軸異方性は生
じないからである。
磁化容易方向と垂直な結晶面（格子面）である。本発明
において結晶粒２１の配向度を１．０５≦Ｘ／Ｙ≦１０
で示される条件を満たす範囲としたのは、Ｘ／Ｙが１．
０５未満あるいは１０を超えると一軸異方性エネルギー
を１０4ｅｒｇ／ｃｍ3以上２×１０5以下の範囲にする
ことが困難であり、また、Ｘ／Ｙ＝１であると、膜面２
６内成分での結晶方位の優先配向がないことになり、結
晶磁気異方性に起因する膜面２６内での一軸異方性は生
じないからである。
【００１９】また、前記高周波用軟磁性合金薄膜２０
は、比抵抗が３００μΩ・ｃｍ以上であることが好まし
い。比抵抗が３００μΩ・ｃｍより低いと、一軸異方性
エネルギーを１０4ｅｒｇ／ｃｍ3以上２×１０5以下に
して自然共鳴周波数を１ＧＨｚ以上の周波数領域に上げ
ても、１ＧＨｚより低い周波数領域では渦電流損失によ
り透磁率が低下してしまうからである。ここでの比抵抗
は、後述する成膜の際、例えば、成膜装置内に供給する
混合ガス中の酸素ガスの濃度を変更し、得られる薄膜２
０中のＯ（酸化物）の含有量を多くすることにより高め
ることができる。
は、比抵抗が３００μΩ・ｃｍ以上であることが好まし
い。比抵抗が３００μΩ・ｃｍより低いと、一軸異方性
エネルギーを１０4ｅｒｇ／ｃｍ3以上２×１０5以下に
して自然共鳴周波数を１ＧＨｚ以上の周波数領域に上げ
ても、１ＧＨｚより低い周波数領域では渦電流損失によ
り透磁率が低下してしまうからである。ここでの比抵抗
は、後述する成膜の際、例えば、成膜装置内に供給する
混合ガス中の酸素ガスの濃度を変更し、得られる薄膜２
０中のＯ（酸化物）の含有量を多くすることにより高め
ることができる。
【００２０】前記高周波用軟磁性合金薄膜２０は、Ｆ
ｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちの少なくとも１種からなる強磁性
金属元素Ｔと、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍ
ｏ、Ｗのうちの少なくとも１種からなる元素Ｍと、Ｎ、
Ｏのうち少なくとも１種からなる元素Ｄを主体として構
成されてなるものである。
ｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちの少なくとも１種からなる強磁性
金属元素Ｔと、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍ
ｏ、Ｗのうちの少なくとも１種からなる元素Ｍと、Ｎ、
Ｏのうち少なくとも１種からなる元素Ｄを主体として構
成されてなるものである。
【００２１】この高周波用軟磁性合金薄膜２０の組成例
としては、以下に示すようなものがある。たとえば、上
記強磁性金属元素ＴとしてＦｅが適用されるものである
と、FeTiN、FeZrN、FeHfN、FeVN、FeNbN、FeTiZrN、FeT
iHfN、FeZrHfN、FeTiO、FeZrO、FeHfO、FeVO、FeNbO、F
eTiZrO、FeTiHfO、FeZrHfOなどがある。また、強磁性金
属元素ＴとしてＣｏが適用されるものであると、CoTi
N、CoZrN、CoHfN、CoVN、CoNbN、CoTiZrN、CoTiHfN、Co
ZrHfN、CoTiO、CoZrO、CoHfO、CoVO、CoNbO、CoTiZrO、
CoTiHfO、CoZrHfOなどがある。
としては、以下に示すようなものがある。たとえば、上
記強磁性金属元素ＴとしてＦｅが適用されるものである
と、FeTiN、FeZrN、FeHfN、FeVN、FeNbN、FeTiZrN、FeT
iHfN、FeZrHfN、FeTiO、FeZrO、FeHfO、FeVO、FeNbO、F
eTiZrO、FeTiHfO、FeZrHfOなどがある。また、強磁性金
属元素ＴとしてＣｏが適用されるものであると、CoTi
N、CoZrN、CoHfN、CoVN、CoNbN、CoTiZrN、CoTiHfN、Co
ZrHfN、CoTiO、CoZrO、CoHfO、CoVO、CoNbO、CoTiZrO、
CoTiHfO、CoZrHfOなどがある。
【００２２】また、強磁性金属元素ＴとしてＮｉが適用
されるものであると、NiTiN、NiZrN、NiHfN、NiVN、NiN
bN、NiTiZrN、NiTiHfN、NiZrHfN、NiTiO、NiZrO、NiHf
O、NiVO、NiNbO、NiTiZrO、NiTiHfO、NiZrHfOなどがあ
る。また、強磁性金属元素ＴとしてＦｅとＣｏの両方が
適用されるものであると、FeCoTiN、FeCoZrN、FeCoHf
N、FeCoVN、FeCoNbN、FeCoTiZrN、FeCoTiHfN、FeCoZrHf
N、FeCoTiO、FeCoZrO、FeCoHfO、FeCoVO、FeCoNbO、FeC
oTiZrO、FeCoTiHfO、FeCoZrHfOなどがある。
されるものであると、NiTiN、NiZrN、NiHfN、NiVN、NiN
bN、NiTiZrN、NiTiHfN、NiZrHfN、NiTiO、NiZrO、NiHf
O、NiVO、NiNbO、NiTiZrO、NiTiHfO、NiZrHfOなどがあ
る。また、強磁性金属元素ＴとしてＦｅとＣｏの両方が
適用されるものであると、FeCoTiN、FeCoZrN、FeCoHf
N、FeCoVN、FeCoNbN、FeCoTiZrN、FeCoTiHfN、FeCoZrHf
N、FeCoTiO、FeCoZrO、FeCoHfO、FeCoVO、FeCoNbO、FeC
oTiZrO、FeCoTiHfO、FeCoZrHfOなどがある。
【００２３】また、強磁性金属元素ＴとしてＣｏとＮｉ
の両方が適用されるものであると、CoNiTiN、CoNiZrN、
CoNiHfN、CoNiVN、CoNiNbN、CoNiTiZrN、CoNiTiHfN、Co
NiZrHfN、CoNiTiO、CoNiZrO、CoNiHfO、CoNiVO、CoNiNb
O、CoNiTiZrO、CoNiTiHfO、CoNiZrHfOなどがある。ま
た、強磁性金属元素ＴとしてＦｅとＮｉの両方が適用さ
れるものであると、FeNiTiN、FeNiZrN、FeNiHfN、FeNiV
N、FeNiNbN、FeNiTiZrN、FeNiTiHfN、FeNiZrHfN、FeNiT
iO、FeNiZrO、FeNiHfO、FeNiVO、FeNiNbO、FeNiTiZrO、
FeNiTiHfO、FeNiZrHfOなどがある。
の両方が適用されるものであると、CoNiTiN、CoNiZrN、
CoNiHfN、CoNiVN、CoNiNbN、CoNiTiZrN、CoNiTiHfN、Co
NiZrHfN、CoNiTiO、CoNiZrO、CoNiHfO、CoNiVO、CoNiNb
O、CoNiTiZrO、CoNiTiHfO、CoNiZrHfOなどがある。ま
た、強磁性金属元素ＴとしてＦｅとＮｉの両方が適用さ
れるものであると、FeNiTiN、FeNiZrN、FeNiHfN、FeNiV
N、FeNiNbN、FeNiTiZrN、FeNiTiHfN、FeNiZrHfN、FeNiT
iO、FeNiZrO、FeNiHfO、FeNiVO、FeNiNbO、FeNiTiZrO、
FeNiTiHfO、FeNiZrHfOなどがある。
【００２４】また、強磁性金属元素ＴとしてＦｅとＣｏ
とＮｉが適用されるものであると、FeNiCoTiN、FeNiCoZ
rN、FeNiCoHfN、FeNiCoVN、FeNiCoNbN、FeNiCoTiZrN、F
eNiCoTiHfN、FeNiCoZrHfN、FeNiCoTiO、FeNiCoZrO、FeN
iCoHfO、FeNiCoVO、FeNiCoNbO、FeNiCoTiZrO、FeNiCoTi
HfO、FeNiCoZrHfOなどがある。
とＮｉが適用されるものであると、FeNiCoTiN、FeNiCoZ
rN、FeNiCoHfN、FeNiCoVN、FeNiCoNbN、FeNiCoTiZrN、F
eNiCoTiHfN、FeNiCoZrHfN、FeNiCoTiO、FeNiCoZrO、FeN
iCoHfO、FeNiCoVO、FeNiCoNbO、FeNiCoTiZrO、FeNiCoTi
HfO、FeNiCoZrHfOなどがある。
【００２５】高周波用軟磁性合金薄膜２０の膜厚は、１
００Å〜１０μｍの範囲内であることが好ましい。軟磁
性合金薄膜２０の膜厚が１００Å未満であると軟磁気特
性が劣化してしまい好ましくなく、１０μｍよりも厚い
と、渦電流損失が大きくなるため好ましくないからであ
る。
００Å〜１０μｍの範囲内であることが好ましい。軟磁
性合金薄膜２０の膜厚が１００Å未満であると軟磁気特
性が劣化してしまい好ましくなく、１０μｍよりも厚い
と、渦電流損失が大きくなるため好ましくないからであ
る。
【００２６】前述のような組成と組織を有する高周波用
軟磁性合金薄膜２０を製造するには、スパッタや蒸着等
により製造することができるが、その際、結晶粒２１の
特定の結晶方位を膜面法線方向以外の方向に優先的に配
向させるには、基板温度や成膜装置内のガス圧等の成膜
条件の制御、基板を傾斜させること、基板を加熱しなが
ら磁場中成膜を行うこと、磁場中アニールすること、あ
るいはこれらの方法を併用するにより、所望の配向度の
ものを得ることが可能である。
軟磁性合金薄膜２０を製造するには、スパッタや蒸着等
により製造することができるが、その際、結晶粒２１の
特定の結晶方位を膜面法線方向以外の方向に優先的に配
向させるには、基板温度や成膜装置内のガス圧等の成膜
条件の制御、基板を傾斜させること、基板を加熱しなが
ら磁場中成膜を行うこと、磁場中アニールすること、あ
るいはこれらの方法を併用するにより、所望の配向度の
ものを得ることが可能である。
【００２７】成膜装置としては、高周波２極スパッタ装
置、ＤＣスパッタ、マグネトロンスパッタ、３極スパッ
タ、イオンビームスパッタ、対向ターゲット式スパッタ
等を利用することができる。またスパッタ−ゲートとし
て前記強磁性金属元素ＴあるいはＴ−Ｍ合金からなるタ
ーゲットが使用できる。
置、ＤＣスパッタ、マグネトロンスパッタ、３極スパッ
タ、イオンビームスパッタ、対向ターゲット式スパッタ
等を利用することができる。またスパッタ−ゲートとし
て前記強磁性金属元素ＴあるいはＴ−Ｍ合金からなるタ
ーゲットが使用できる。
【００２８】また、Ｎおよび／またはＯを膜中に添加す
る方法としては、Ａｒ等の不活性ガス中に酸素ガスおよ
び／または窒素ガスを混合した混合ガス雰囲気でスパッ
タする反応性スパッタにより添加することができ、この
反応性スパッタ法では混合ガス中の窒素ガスおよび／ま
たは酸素ガスの濃度を変更することにより、薄膜２０中
のＮおよび／またはＯの含有量の制御が容易である。Ｏ
（酸化物）の含有量を多くすることにより比抵抗を高め
ることができる。
る方法としては、Ａｒ等の不活性ガス中に酸素ガスおよ
び／または窒素ガスを混合した混合ガス雰囲気でスパッ
タする反応性スパッタにより添加することができ、この
反応性スパッタ法では混合ガス中の窒素ガスおよび／ま
たは酸素ガスの濃度を変更することにより、薄膜２０中
のＮおよび／またはＯの含有量の制御が容易である。Ｏ
（酸化物）の含有量を多くすることにより比抵抗を高め
ることができる。
【００２９】この高周波用軟磁性合金薄膜２０は、強磁
性金属元素Ｔを主成分とし、平均結晶粒径が３０nm以下
の結晶粒２１からなる結晶相が、Ｎおよび／またはＯ
と、Ｍを多量に含む非晶質相２５で取り囲まれたような
構造を有する薄膜となる。この高周波用軟磁性合金薄膜
２０は、Ｔの結晶粒２１の平均結晶粒径が３０nm以下と
微細であるため、優れた軟磁気特性を示し、また、Ｔの
結晶粒２１が、高抵抗の非晶質相２５によって取り囲ま
れているため、渦電流損失を抑えることができる。
性金属元素Ｔを主成分とし、平均結晶粒径が３０nm以下
の結晶粒２１からなる結晶相が、Ｎおよび／またはＯ
と、Ｍを多量に含む非晶質相２５で取り囲まれたような
構造を有する薄膜となる。この高周波用軟磁性合金薄膜
２０は、Ｔの結晶粒２１の平均結晶粒径が３０nm以下と
微細であるため、優れた軟磁気特性を示し、また、Ｔの
結晶粒２１が、高抵抗の非晶質相２５によって取り囲ま
れているため、渦電流損失を抑えることができる。
【００３０】また、この高周波用軟磁性合金薄膜２０に
あっては、結晶粒２１の特定の結晶方位が膜面法線方向
以外の方向に優先的に配向させることにより、膜面内で
の一軸異方性エネルギーを１０4ｅｒｇ／ｃｍ3以上２×
１０5ｅｒｇ／ｃｍ3以下にしたものであるので、自然共
鳴周波数を１ＧＨｚよりも高い周波領域に移動させるこ
とができる。従って、この高周波用軟磁性合金薄膜２０
を５００ＭＨｚ〜１ＧＨｚ帯の高周波領域で使用して
も、５００ＭＨｚ〜１ＧＨｚ帯の高周波領域では自然共
鳴が起らないので、図３に示すようにμ′がμ″より低
下することがなくなり、５００ＭＨｚ〜１ＧＨｚ帯の高
周波領域でもＱの値が十分大きく、高い飽和磁束密度を
維持した上で従来材料よりも軟磁気特性が優れるという
利点がある。図３は、本発明の効果を示す説明図であ
り、本発明の高周波用軟磁性合金薄膜が使用される時の
周波数と、複素透磁率の実数部μ′ならびに複素透磁率
の虚数部μ″との関係を示したグラフである。
あっては、結晶粒２１の特定の結晶方位が膜面法線方向
以外の方向に優先的に配向させることにより、膜面内で
の一軸異方性エネルギーを１０4ｅｒｇ／ｃｍ3以上２×
１０5ｅｒｇ／ｃｍ3以下にしたものであるので、自然共
鳴周波数を１ＧＨｚよりも高い周波領域に移動させるこ
とができる。従って、この高周波用軟磁性合金薄膜２０
を５００ＭＨｚ〜１ＧＨｚ帯の高周波領域で使用して
も、５００ＭＨｚ〜１ＧＨｚ帯の高周波領域では自然共
鳴が起らないので、図３に示すようにμ′がμ″より低
下することがなくなり、５００ＭＨｚ〜１ＧＨｚ帯の高
周波領域でもＱの値が十分大きく、高い飽和磁束密度を
維持した上で従来材料よりも軟磁気特性が優れるという
利点がある。図３は、本発明の効果を示す説明図であ
り、本発明の高周波用軟磁性合金薄膜が使用される時の
周波数と、複素透磁率の実数部μ′ならびに複素透磁率
の虚数部μ″との関係を示したグラフである。
【００３１】さらに、この高周波用軟磁性合金薄膜２０
は、軟磁気特性が優れているうえ、膜厚が薄く、しかも
比抵抗が３００μΩ・ｃｍ以上と高いものであるので、
渦電流損失を低減することができ、高周波における透磁
率の低下が抑制され、高周波特性が優れる。従って、ア
ンテナ、薄膜トランス、磁気ヘッドのコア、薄膜インダ
クタ、スイッチング素子などの磁気素子に応用した場
合、これらの磁気素子の小型軽量化、高性能化に大きく
寄与することがきる。
は、軟磁気特性が優れているうえ、膜厚が薄く、しかも
比抵抗が３００μΩ・ｃｍ以上と高いものであるので、
渦電流損失を低減することができ、高周波における透磁
率の低下が抑制され、高周波特性が優れる。従って、ア
ンテナ、薄膜トランス、磁気ヘッドのコア、薄膜インダ
クタ、スイッチング素子などの磁気素子に応用した場
合、これらの磁気素子の小型軽量化、高性能化に大きく
寄与することがきる。
【００３２】
【発明の効果】以上説明したように本発明の高周波用軟
磁性合金薄膜においては、結晶粒の特定の結晶方位が膜
面法線方向以外の方向に優先的に配向させることによ
り、自然共鳴周波数が１ＧＨｚよりも高い周波領域に移
動させることができるので、５００ＭＨｚ〜１ＧＨｚ帯
の高周波領域で使用しても自然共鳴が起らず、μ′が
μ″より低下することがなくなり、５００ＭＨｚ〜１Ｇ
Ｈｚ帯の高周波領域でもＱの値が十分大きく、高い飽和
磁束密度を維持した上で従来材料よりも軟磁気特性が優
れるという利点がある。また、比抵抗を３００μΩ・ｃ
ｍ以上としたものにあっては、アンテナ、薄膜トラン
ス、磁気ヘッドのコア、薄膜インダクタ、スイッチング
素子などの磁気素子に応用した場合、これらの磁気素子
の小型軽量化、高性能化に大きく寄与することがきる。
磁性合金薄膜においては、結晶粒の特定の結晶方位が膜
面法線方向以外の方向に優先的に配向させることによ
り、自然共鳴周波数が１ＧＨｚよりも高い周波領域に移
動させることができるので、５００ＭＨｚ〜１ＧＨｚ帯
の高周波領域で使用しても自然共鳴が起らず、μ′が
μ″より低下することがなくなり、５００ＭＨｚ〜１Ｇ
Ｈｚ帯の高周波領域でもＱの値が十分大きく、高い飽和
磁束密度を維持した上で従来材料よりも軟磁気特性が優
れるという利点がある。また、比抵抗を３００μΩ・ｃ
ｍ以上としたものにあっては、アンテナ、薄膜トラン
ス、磁気ヘッドのコア、薄膜インダクタ、スイッチング
素子などの磁気素子に応用した場合、これらの磁気素子
の小型軽量化、高性能化に大きく寄与することがきる。
【図１】 本発明に係わる高周波用軟磁性合金薄膜の組
織状態の一例を示す模式図である。
織状態の一例を示す模式図である。
【図２】 本発明に係わる高周波用軟磁性合金薄膜の結
晶粒の配向度の条件を説明するための図である。
晶粒の配向度の条件を説明するための図である。
【図３】 本発明の高周波用軟磁性合金薄膜が使用され
る時の周波数と、複素透磁率の実数部μ′ならびに複素
透磁率の虚数部μ″との関係を示したグラフである。
る時の周波数と、複素透磁率の実数部μ′ならびに複素
透磁率の虚数部μ″との関係を示したグラフである。
【図４】 従来の軟磁性合金薄膜の組織状態を示す模式
図である。
図である。
【図５】 従来の軟磁性合金薄膜が使用される時の周波
数と、複素透磁率の実数部μ′ならびに複素透磁率の虚
数部μ″との関係を示したグラフである。である。
数と、複素透磁率の実数部μ′ならびに複素透磁率の虚
数部μ″との関係を示したグラフである。である。
２０・・・高周波用軟磁性合金薄膜、２１・・・結晶粒、２５
・・・非晶質相、２６・・・膜面、Ｅ・・・面、Ｈ・・・面。
・・・非晶質相、２６・・・膜面、Ｅ・・・面、Ｈ・・・面。
Claims (5)
- 【請求項１】 Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちの少なくとも１
種からなる強磁性金属元素Ｔを主成分とし、平均結晶粒
径が３０nm以下の結晶粒からなる結晶相と、前記結晶粒
の粒界に存在する非晶質相の二相を主体とする軟磁性合
金薄膜であって、前記結晶粒の特定の結晶方位が軟磁性
合金薄膜の膜面法線方向以外の方向に優先配向してなる
ことを特徴とする高周波用軟磁性合金薄膜。 - 【請求項２】 膜面内での一軸異方性エネルギーが１０
4ｅｒｇ／ｃｍ3以上２×１０5ｅｒｇ／ｃｍ3以下である
ことを特徴とする請求項１記載の高周波用軟磁性合金薄
膜。 - 【請求項３】 軟磁性合金薄膜の平均の磁化容易軸方向
と膜面法線方向とを含む面Ｅ上に存在するあらゆる方向
における特定の結晶面の極密度を、該面Ｅ上の全角度に
わたって積分した値をＸとし、軟磁性合金薄膜の平均の
磁化困難軸方向と膜面法線方向とを含む面Ｈ上に存在す
るあらゆる方向における特定の結晶面の極密度を、該面
Ｈ上の全角度にわたって積分した値をＹとし、前記特定
の結晶面は結晶磁気異方性の磁化容易方向と垂直な結晶
面（格子面）であるとき、前記結晶粒の配向度が１．０
５≦Ｘ／Ｙ≦１０で示される条件を満たす範囲であるこ
とを特徴とする請求項１又は２記載の高周波用軟磁性合
金薄膜。 - 【請求項４】 比抵抗が３００μΩ・ｃｍ以上であるこ
とを特徴とする請求項１、２又は３に記載の高周波用軟
磁性合金薄膜。 - 【請求項５】 Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちの少なくとも１
種からなる強磁性金属元素Ｔと、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、
Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗのうちの少なくとも１種から
なる元素Ｍと、Ｎ、Ｏのうち少なくとも１種からなる元
素Ｄを主体として構成されてなることを特徴とする請求
項１、２、３又は４記載の高周波用軟磁性合金薄膜。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28630095A JPH09129444A (ja) | 1995-11-02 | 1995-11-02 | 高周波用軟磁性合金薄膜 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28630095A JPH09129444A (ja) | 1995-11-02 | 1995-11-02 | 高周波用軟磁性合金薄膜 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09129444A true JPH09129444A (ja) | 1997-05-16 |
Family
ID=17702600
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28630095A Pending JPH09129444A (ja) | 1995-11-02 | 1995-11-02 | 高周波用軟磁性合金薄膜 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09129444A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006041527A (ja) * | 2004-07-27 | 2006-02-09 | St Microelectronics Sa | 磁化が高く絶縁性のある軟磁性薄膜および該薄膜を生成するための方法および集積回路 |
-
1995
- 1995-11-02 JP JP28630095A patent/JPH09129444A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006041527A (ja) * | 2004-07-27 | 2006-02-09 | St Microelectronics Sa | 磁化が高く絶縁性のある軟磁性薄膜および該薄膜を生成するための方法および集積回路 |
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