JPS63155604A - 多層磁性膜及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野１ 本発明は、磁気光学効果を有し、レーザー光により情報
の記録、再生、消去を行う光磁気ディスクの記録媒体材
料として用いることのでとる磁性膜及びその製造方法に
関する。

［従来の技術］ 現在までに実用化の段階にある光磁気ディスクの媒体材
料としては、Ｇｃｌ、Ｄｙ、Ｔｂ等の希土類元素とＦｅ
、　Ｃｏ、Ｎ１等の遷移金属元素からなるアモルファス
合金薄膜があるが、酸化しやすいという欠点を有してお
り、ＰＬ、／Ｍ、Ｔｉ、Ｃｒ等の添加元素により耐酸化
性を向」ニさせたり、Ｓｌ、５１３Ｎ−５ＡβＮ等の保
護膜をコーティングしたりする工夫が必要とされている
。

耐酸化性に優れ、磁気光学効果も大きい材料としてガー
ネット、フェライト等の酸化物も知られでいるが、未だ
研究段階にある。

本出願人は、磁気カー効果を有するＰ　ｔ　Ｍ　ｎ　Ｓ
　１１化合物の薄膜化の成功に基づき、更にその後の研
究から磁気カー効果を向上させることのできる改良製造
法を見い出したことに基づき、これらの発明について先
に出願している（特開昭６０−２２７４０４号、特開昭
６１−７５５１１号、特開昭６１−７７３１６号、特開
昭６１−１１５３１、７号）。しかしながら、単一の化
合物からなる薄膜の場合、膜全体が物性的に均一のもの
となりにくく、加えて高価な白金化合物を用いるので製
品の価格が高くなり、将来光磁気ディスクとして汎用化
する際の障害となるという問題があった。

［発明が解決しようとする問題点１ 本発明は、上記ＰｔＭｎＳｂ化合物の薄膜化に成功した
スパッタリング法による薄膜製造技術を応用して、Ｐｔ
、ＭｎＳｂ化合物に限らず、２種以上の化合物の積層化
による人工格子の新材料の開発に取り組むことにより、
単一の化合物からなる単層膜よりも物性的に均一であり
、磁気カー効果を有する新規な多層磁性膜であって、Ｐ
ｔ化合物単一の薄膜よりも廉価に提供できる磁性膜を得
るべくなされたものである。

磁性人工格子膜については、Ｆｅ等の磁性元素と■、Ｍ
１７、Ｓ　Ｉ）等の非磁性元素を交互に積層したもの等
についての報告（権田俊−者、１人工格子」ｐ１５７〜
１７０．１９８５年３月２５日　（株）シーエムシー発
行、日本応用磁気学会誌Ｖｏｌ、１．０．　Ｎｏ、４．
１．９８６１）４４２〜４４８）、希土類あるいは酸化
物等を用いた人工格子についての報告（日本応用磁気学
会誌Ｖｏｌ。

１．０．　Ｎ　ｏ、４＋　ｐ４５５−４６７）等がある
が、光磁気ディスクの媒体材料として実用可能な人工格
子膜はいまだ開発されていなかった。

ｒ問題点を解決するための手段１ 本発明は、ホイスラー合金型の結晶構造を有する化合物
から選ばれた少なくとも２種類の化合物それぞれで構成
される各薄膜層が交互に積層して形成されでいることを
特徴とする多層磁性膜及びその製造方法に関する。

ホイスラー合金Ａ　２　Ｍ　ｎ　Ｘ型の結晶構造を有す
る化合物には、Ｌ　２　、型と、Ａ原子の半分が規則的
に欠如した構造のＣ１，型とがある。本発明においては
、Ｌ　２　、型としてはト”ｅ２ＮｉＡＩ、Ｆｅ２Ｍｎ
Ａｌ、Ｆｅ２ＣｒＡＬＣｏ、ＦｅＡｌ、Ｆｅ２Ｎ１Ｇａ
、Ｆｅ２ＣｏＧａ。

Ｆｅ２ＣｒＧａＸＣｏ２ＦｅＧａ、Ｃｏ２ＭｎＧａ、Ｃ
ｏ２ＨｆＳｎ。

Ｃｏ２Ｆｅ５　ｉ、Ｃｏ２ＦｅＧｅ、Ｆｅ２ＣｏＧｅ５
Ｃｏ２ＦｅＩ　ｎ等の化合物を用いることができ、Ｃ１
ｂ型の化合物としては、ＰｔＭｎＳｂ、ＮｉＭｎＳｂ、
ＰｄＭｎＳｂ。

ＰｈＭｎＳｂ、ＰｔＭｎＳｎ等の化合物を用いることが
できる。

本発明の多層磁性膜は、上記ＣＩ、型又はＬ２□型の結
晶構造を有する化合物のうちより少なくとも２種の化合
物を選び交互に積層して形成された多層膜である。交互
に積層する化合物は、エピタキシャル成長が可能なよう
にＣ１１，型同士、Ｌ２１型同士から選択するのが望ま
しい。

各薄膜層の厚さは１分子層以上である。具体例としては
Ｐ　ｔＭｎｓ　ｂ（１１１，）面におけるＰｔＭｎＳｂ
分子の配列面間隔が典型的には３．５９人が１単位にな
っており、Ｎ　１Ｍｎ５　Ｉ）（１１１）面におけるＮ
ｉＭｎＳｂ分子の配列面間隔の場合には３．４２　Ａで
ある。各薄膜層の厚さは、化合物の種類、配列面および
何分子ずつ積み重ねるかによるが、３〜２００人であり
、望ましくは、５〜２００人である。

多層磁性膜全体の厚さは、５０〜７０００八であり、望
ましくは、１００・〜２０００Ａである。

積層の段数は、上記各薄膜層の厚さと多層磁性膜全体の
厚さにより決定され、例えば、２種類の化合物の各薄膜
層の厚さを１００人づつ積層して、全体の厚さが５００
０人の多層磁性膜を作成した場合それぞれの化合物の薄
膜層が各２５７Ｆｌ交互に積層されたものとなる。

また、３種以上の化合物を用いて積層することも可能で
ある。

本発明にかかる多層磁性膜の製造法は、基板上に、ホイ
スラー合金型の結晶構造を有する化合物から選ばれた少
なくとも２種類の化合物の構成元素を、各化合物の構成
元素ごとに交互にスパッタリングすることを特徴とする
方法である。すなわち２種の化合物を積層する場合につ
し・では、基板」二に、ホイスラー合金型の結晶構造を
有する第１の化合物を構成する元素を同時にスパッタリ
ングして該第１の化合物の薄膜層を形成し、次にこの薄
膜層上にホイスラー合金型の結晶構造を有する第２の化
合物を構成する元素を同時にスパッタリングして該第２
の化合物の薄膜層を形成し、前記第１の化合物の薄膜層
と第２の化合物の薄膜層を交互に積層するものである。

スパッタリングは、高周波スパッタリング、直流スパッ
タリング等を用いることができる。

第１図は、本発明方法に用いるスパッタリング装置の一
例の原理図であり、２種の化合物の層を交互に積層する
場合を示している。図においで、１は真空槽であり、ア
ース電位に保持される。真空槽１内の回転式ホルダー２
に基板３が取り付けられる。基板は複数取り付けてもよ
い。４はホイスラー合金型の結晶構造を有する第１の化
合物の構成元素からなるターデッドであり、５はホイス
ラー合金型の第２の化合物の構成元素からなるターゲッ
トである。ターゲット４および５は、それぞれインピー
ダンス調整のためのマツチングボックス６．７を介して
高周波電源８．９に接続され、ターゲット４．５と真空
層１の間に印加される高周波電圧によって高周波放電を
生し、ターゲットの元素がスパッタリングされる。基板
３は、その表面上部を覆うシャッター１０の開閉によっ
て、スパッタリングに対して制御される。すなわち、基
板３上にターゲット４の元素をスパッタリングする場合
には、ホルダー２を回転して基板３をターゲット４の上
部に位置するようにし、シャッター１０を開き、基板３
−トに第１の化合物の薄膜層を形成し、所定時間後シャ
ッター１０を閉じる。

次に、ホルダー２を回転して基板３をターデッド５の上
部に位置するようにし、所要時間シャッター１０を開い
て、上記第１の化合物の薄膜層の」−に第２の化合物の
薄膜層を形成する。これを繰り返すことにより、第１の
化合物の薄膜層と第２の化合物の薄膜層とが交互に積層
した多層膜を作製することができる。また、ホルダー２
に基板を複数個取リイ」け、ホルダー２の回転によって
各基板が各ターゲット上部に位置するようにすれば、同
８一 時に複数の多層膜を作製することができる。

３種以上の化合物からなる交互積層の多層膜を作製する
場合には、ターゲットを３種以上設置し、基板上に各タ
ーゲットの元素を交互にスパッタリングすればよい。

基板は、特に加熱することなく常温でも製造可能である
が、加熱保持した状態でスパッタリングを行った方が磁
気カー効果の大きい多層磁性膜を得ることができる。加
熱保持の温度は１００℃以上５００℃以下であり、加熱
温度が高いと異なる層間において構成元素の相互拡散が
生じるおそれがあるので、望ましくは３００℃以下であ
る。

基板の加熱方法としては、基板と熱源を直接接触させず
、熱線の輻射により基板温度を上昇させる方法又はヒー
ターを埋め込んだ金属ブロック等と基板を接触させ、金
属ブロックから基板への伝熱を利用し、基板を加熱する
方法等通常真空機器で用いられる基板加熱の方法が適宜
用いられる。

薄膜を形成する基板は、金属、耐熱性プラスチックス、
ガラス、セラミックス等を用いることができ、実際に薄
膜を形成する際の温度に応じで選択すればよい。

スパッタリングに際しては、化合物の構成元素の各独立
のターデッドを用意してこれらの構成元素がプラズマ中
で混合されるようにしても良いか、プラズマ中で十分な
混合状態が保持され出来るだけ均一な化合物の薄膜が形
成されるようにするためには構成成分の複合ターゲット
を用いるのが望ましい。複合ターデッドとしては例えば
Ｐ＋、　Ｍ　ｎ　Ｓ　ｌ）の薄膜層を形成する場合、Ｍ
ｎのターゲット上にＳ　ｌ）のチップとＰ　ｔのチップ
を適当な配置で複数載せたもの、あるいはＰｌとＭｎの
合金のターゲット−１−にｓｂのチップを載せたもの等
を用いることか′できる。これらの場合、ターゲットの
大きさ及びチップの大きさと数によって成分の組成を調
整することかできる。また、各構成元素の合金をターゲ
ットとして用いることもできる。

スパッタリングの雰囲気は、通常Ａｒｈ’スを用いるが
、スパッタリング中におけるターゲット及び作成された
膜の酸化を防止するために、還元性ガスである水素を適
当量添加してもがまわない。

Ａｒ圧力はスパッタリングか生じるグロー放電領域であ
る］Ｏ−’　−１０−’Ｔｏｒｒが用いられる。

Ｊ二連のようにして２種以上のホイスラー型の結晶構造
を有する化合物を交互にスパッタリングされた多層膜が
、薄膜層か交互に積層した構造の人工格子膜となってい
ることかＸ線回折により確認できる。広角Ｘ線回折の測
定によれば、特定の結晶面例えば（１１１，）面で２つ
の化合物の層が積層すると、各層が１ゾい場合は（例え
ば５００Ａ位）、２つの化合物それぞれの（ｉｌｌ、）
面に対応する２つのピークが現れるが、各層が薄くなる
と（例えば′１０（）バイ立）、この２つのビーり（土
苔１１′え、その代わりにこの２つのピークの中間の位
置に、２つの化合物の（１，１１）方向の平均の面間隔
に対応する強いピークが現れ、そのまわりにサテライト
ピークか現れる。このサテライトピークの位置から、人
］−的に作成された格子すなわち２つの化合物のＩ　Ｒ
４ずつの積層の周期の厚さが計算できる。この計算方法
は、例えば萌掲の権田俊−者「人工格子」１ｌ− ｐ１６０に記載されているように、サテライトピークの
現れる角度θについて、２　ｓｉｎθ／λ＝（ＩＩ／ｃ
ｌ）±（ｎ／Ｄ）の式に、回折線の次数ｎ＝１として、
使用Ｘ線の波長λ、２つの化合物の（１，１１）面の平
均面間隔ｄを代入すれば、人］―的に作成された格子の
間隔すなわち積層の１段の周期りが求められる。

また、小角Ｘ線回折の測定によれば、ブラッグの回折条
件の式２　ｓｉｎθ＝λ／Ｄにより、近似的にＤが求め
られる。

［作用１ 本発明の多層磁性膜は、ホイスラー合金型の結晶構造を
有する２種以上の化合物の薄膜の積層化による新規な人
工格子膜であって、磁気カー効果を有する。また、本発
明の方法によれば、ホイスラー合金型の結晶構造を有す
る多層磁性膜を、膜桶成及び各１（りの厚さを制御して
製造することが可能であり、多様な多層磁性膜を製造す
ることかで外る。

［実施例１１ 壬　１ｏｃｕ径のＭｎターデッド」−に１０１１Ｒ角、
厚さ２ｚｚのｓｂチップ２０枚及び１０ｕｚ角、厚さ１
■のＰＬチップ４枚を対称となるように配置した複合タ
ーデッドをＦ’ｔＭｎＳｂ薄膜作製用スパンタリングタ
ーデ７トとした。また、１．０ｃｍ径のＭｎターデッド
」二に１０ＩＩＭ角、厚さ２ｒｓｐのＳ　１１チップ２
４枚及び１０ｍｍ角、厚さ１１Ｎ＃のＮｉチップ１２枚
を対称となるように配置した複合ターゲットをＮｉＭｎ
Ｓｂ薄膜作製用スパッタリングターデッドとした。

スパッタリング装置としては、日本真空（株）製、マル
チターゲット高速スパンタ装置を用い、マグネトロンス
パンタリング法によりスパッタリングを行った、。

基板は回転可能な円板−トに取り付け、Ｆ’　ｔ　Ｍ　
ｎ　Ｓ　ｂ薄膜を形成する際は、Ｐ　１．　Ｍ　ｎ　Ｓ
　ｌ］複合ターゲット上に基板を移動し、所定時間シャ
ッターを開き、ＰｔＭｎＳｂ化合物を成長させ、ＮｉＭ
ｎ５Ｉ〕曽膜を形成する際は、ＮｉＭｎＳｂ複介ターゲ
ット上に基板を移動して同様に所定時間シャッターを開
きＮｉＭ　ｎ　Ｓ　ｂ化合物を成長させた。

スパッタリング条ｆｌは、投入電力２００Ｗ、アルゴン
雰囲気下で圧力２　Ｘ　Ｊ　Ｏ１Ｔ　ｏｒｒであり、タ
ーデンＦ面」−の汚れ、酸化膜等を除くまで２０分間シ
ャッターを閉じてプレスパツタを行った。各々の膜の成
膜速度は２Ｃ）０人／　＋ｎ　ｉ　ｎとした。

多／Ｍ膜の一層当ｔこりの膜厚の制御はシャッターを開
＜０、ν開を調整することにより行い、厚す５０人の場
合で１５秒、厚さ１００人の場合で３０秒とした。

薄膜形成時の基板温度は、特に加熱処理を行わず、測定
によれば８０℃であった。

形成された薄膜の特性については、６３３　ｎｍ波波長
磁気カー回転角を測定した。多層膜の積層構造の確認に
ついてはＦｅＫａ線を用いた小角Ｘ線回折と広角Ｘ線回
折により行なった。

作製した試料の膜表面側から測定した磁気カー回転角を
第１表に示す。

多層膜の下地は、試料Ｎｏ、１．２についてガラスであ
り、Ｎｏ、３．４についてはそれぞれプラス基板上に予
め作成したＮｉＭｎＳｂ膜、またはＦ）ＬＭｎＳｂ膜で
ある。

Ｎｏ、２の試料に一ついて、広角Ｘ線回折図を第２図に
、小角Ｘ線回折図を第３図に示す。

第２図において、Ｐ　ＬＭｎＳ　ｂ（１，１１）、Ｎ　
１Ｍｎ５　ｌ］（１１１）回折線の中間の位置であって
両者の平均面間隔に相当する角度に最も強いピークが現
れ、その両側に多層膜の周期構造に伴うサテライトビー
ク１．２か現れでいる。

サテライトビークの現れる角度２θ＝３０．８゜及び２
θ＝３２．９°にライて、２　ｓｉｎθ／λ０（］／ｄ
）±（ｎ／　Ｄ　）の式に、回折線の次数ｎ＝１として
、使用Ｘ　＃ｉｔＦ　ｅ　Ｋα線の波長　λ＝　１　、
９３７人、２つの化合物の（］１．１）而の平均面開隔
ｄ−３，５３Ａを代入して計算すると、人工的に作成さ
れた格子の間隔すなわち積層の１段の周期りが、サテラ
イトビーク１について］ＯＯＡ、サテライトビーク２１
こつい゛て１０９人と求められた。

また、小角Ｘ線回折の測定によれば、第３図においで、
２θ＝１．２°に多層膜の周期構造に伴うビークを止し
ている。ブラッグの回折条件の式２式％７ 人を代入するとＤ−９２人か゛近似的に求められ、いず
れのＸ線解析のデータからも周期が１００λ程度でＰ　
ｔ　Ｍ　ｎ　Ｓ　ｂ層とＮｉＭｎＳｂ層が積層しでおり
、（１１１，）面においで結晶がエピタキシャル的に成
長しでいることが確認された。

第１表 Ｎｏ、　］ガラス　〜１００人　〜１００λ　ＰＬＭｎ
ＳＩ〕０．１３　　　　各２５層Ｎｏ、　２ガラス　〜
５０人　〜５０人　ＰｔＭｎＳｂ　　　０９１２　　　
　各５０７Ｍ［実施例２］ スパッタリングの際の基板を２００℃の温度に加熱保持
した以外は実施例１と同一の方法でｒｊＳ２表の試料Ｎ
ｏ、５−８のＦ’ｔＭｎＳｂ／ＮｉＭｎ５ｌ＋多層膜を
作成し、膜表面側からカー回転角を測定した。

測定結果を第２表に示す。なおＸ線回折によれば、Ｐ　
１．　Ｍ　ｎ　Ｓ　ｂ層４とＮｉＭｎＳｂノ１りとか積
層した多層構造となっており、その周期は多層膜の作成
条件から推定した値とほぼ同一・であった。

第２表 Ｎｏ、５　Ｎラス　〜１００八　−１，００Ａ　　Ｐｔ
ＭｎＳｂ　　　０．９　　　　各２５ノ脅Ｎｏ、６ｆｆ
ラス　〜５０人　〜５０人　Ｐｌ、ＭｎＳｂ　　　１．
０　　　　　各５０ノ台〜１ｏ００人 ［発明の効果１ 本発明によれば、ホイスラー合金型の結晶構造を有する
各種の化合物の薄膜層が槓ＪＣりした新規な多層膜であ
って磁気カー効果を有する磁性膜をｌｊることができる
ので、光磁気ディスクの記録媒体材料として有用かつ多
様な多層磁性膜を提供することができる。しかも、高価
な白金化合物以外の化合物を構成化合物として用い・る
ことかできるので、白金化合物のみからなる磁性膜より
も廉価な材料を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の多層磁性膜を製造するためのスパッ
タリング装置の一例の原理図である。 １５２図は、実施例１の試料Ｎ００２についての広角Ｘ
線回折図であり、第３図は、小角Ｘ線回折図である。 第１図

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （１）ホイスラー合金型の結晶構造を有する化合物から
   選ばれた少なくとも２種類の化合物それぞれで構成され
   る各薄膜層が交互に積層して形成されていることを特徴
   とする多層磁性膜。
2. （２）薄膜層を構成する化合物の１種類が ＰｔＭｎＳｂである特許請求の範囲第１項に記載の多層
   磁性膜。
3. （３）ＰｔＭｎＳｂで構成される薄膜層とＮｉＭｎＳｂ
   で構成される薄膜層が交互に積層して形成されたもので
   ある特許請求の範囲第１項に記載の多層磁性膜。
4. （４）薄膜層の厚さが１分子層以上である特許請求の範
   囲第１項〜第３項に記載の多層磁性膜。
5. （５）薄膜層の厚さが３〜２００Åである特許請求の範
   囲第１項〜第４項に記載の多層磁性膜。
6. （６）多層磁性膜の厚さが５０〜７０００Åである特許
   請求の範囲第１項〜第５項に記載の多層磁性膜。
7. （７）基板上に、ホイスラー合金型の結晶構造を有する
   化合物から選ばれた少なくとも２種類の化合物の構成元
   素を、各化合物の構成元素ごとに交互にスパッタリング
   することを特徴とする、ホイスラー合金型の結晶構造を
   有する各化合物の薄膜層が交互に積層した多層磁性膜の
   製造方法。
8. （８）各化合物の薄膜層を形成するためのスパッタリン
   グのターゲットが各化合物の構成元素からなる複合ター
   ゲットである特許請求の範囲第７項に記載の多層磁性膜
   の製造方法。
9. （９）各化合物の薄膜層を形成するためのスパッタリン
   グのターゲットが各化合物の構成元素の合金である特許
   請求の範囲第７項に記載の多層磁性膜の製造方法。
10. （１０）スパッタリングによる薄膜層形成時に基板を１
    ００℃以上５００℃以下の温度に加熱保持する特許請求
    の範囲第７項〜第９項に記載の多層磁性膜の製造方法。