JPS6347908A - ニツケルフエライト系スピネル薄膜 - 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〕 本発明は、酸化物薄膜磁性材料であるニッケルフェライ
ト系スピネル薄膜に関するものである。

〔発明の概要〕

本発明は、低温基板上に高速成膜可能なスピネル薄膜と
してＮ　Ｉ　ＸＦ　ｅ　３−ｘｏａ　　（但し０．９≦
ｘ≦１．０５）よりなるニッケルフェライト系スピネル
薄膜を提供し、 例えば光磁気記録材料であるコバルトフェライト系スピ
ネル薄膜等をスパッタリングにより成膜する際の下地膜
とすることにより、比較的低温条件下で結晶性に優れ磁
気光学特性や磁気特性にイ３れたスピネル薄膜を高速作
製することを可能とするものである。

（従来の技術〕 従来、耐酸化性を有する光（■気記録材料としてコバル
トフェライト系スピネル薄膜が綴告されている。

このコバルトフェライト系スピネル薄膜は、例えば希土
類金属と遷移金属との非晶質合金からなる光磁気記録材
料等に比べて、酸化物であることから酸化腐食を受ける
ことがないこと、カー回転角あるいはファラデー回転角
が大きいというように磁気光学効果が大きいこと、等の
数々の利点を存し、実用化が期待されている。

ところで、上述のコバルトフェライト系スピネル薄膜を
作製する方法としては、例えば特開昭６０−１２４９０
１号公報等に記載されるように、成膜の容易さ等から金
属酸化物焼結体をターゲットとじて用いたスパッタリン
グによるのが一般的である。

この場合、スパッタリングによる成膜時の基板温度は、
５００℃以上にされることが多い。また、低温で成膜し
たとしても、光磁気記録媒体としての特性を生じせしめ
るために、成膜後さらに問温の熱処理過程が必要である
。これは、光磁気記録材料としての磁気特性や磁気光学
特性が成膜した酸化物薄膜のスピネルとしての結晶性と
基本的に結びついており、上記高温基板上への成膜や熱
処理過程は主としてこの結晶性の改善に必要であること
による。

しかしながら、上記高温基板上への成膜や高温の熱処理
過程は、基板の選択に著しい制限を課すとともに、製造
プロセスの？Ｊｆ雑化や製造コストの上昇をもたらす０
例えば、基板温度を４００〜５００℃とするには基板自
体にかなりの耐熱性が要求され、この種の光記録媒体に
おいて汎用されているポリカーボネート基板やエポキシ
樹脂基板等の高分子基板を使用することは難しい、また
、基板の温度を上げるまでに長時間を要することから、
生産性の点でも問題が多い。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述のように、コバルトフェライト系スピネル薄膜は光
磁気記録材料として有望な材料であるが、これまでの報
告では、記録媒体として充分な光磁気特性を示すものは
、高温基板上に成膜したものや成１１！Ｊ後５００℃程
度以上で熱処理を施したものに限られているのが現状で
ある。

一船に、光磁気記録媒体は、その量産性から考えて、低
温（２００℃程度）の基板上に成膜できることが望まし
い。特に、いわゆる光磁気ディスクのように基七反にポ
リカーボネートやエポキシ樹脂等の高分子材料を用いる
場合には、低温成膜は重要な課題である。

かかる状況より、本発明者等は、あらかしめ基板上に何
らかのスピネル薄膜を形成しておけば、当該スピネル薄
膜の結晶性に依存してこの薄膜上には緩やかな条件でも
結晶性の良好なコバルトフェライト系スピネル薄膜が形
成できるものと考えた。但し、あらかじめ形成するスピ
ネル薄膜の作成条件が厳しくては意味がない。例えば、
反応性スパッタリングにより成膜されるスピネル材料と
して鉄ターゲツトを用いたマグネタイト（ＦｅＪＪが考
えられるが、通常のスパッタリングを行うとスピネルが
成膜される成膜条件付近でターゲットの表面酸化が生し
易く、安定してスピネル薄膜を作成することが難しい。

そこで本発明は、このような要望に応えて提案されたも
のであって、良質な結晶性を有するとともに、低温基板
上に高速成膜することが可能なスピネル薄膜を提供する
ことを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明者等は、前述の目的を達成せんものと長期に亘り
鋭意研究を重ねた結果、ニッケルフェライト系スピネル
薄膜が低温で作成し易（、またスピネル薄膜ができる酸
素流量付近において実質的にターゲット表面酸化が起こ
らず成膜が著しく容易であることを見出した。

本発明は、このような知見に基づいて完成されたもので
ある。

本発明のニッケルフェライト系スピネル薄膜は、その組
成が一般式 ％式％） で表されるスピネル薄膜であって、酸素を導入しながら
行う反応性スパッタリングにより容易に低温成膜される
ものである。

ここで、ニッケルが占める割合Ｘが１８０５を越えると
ウスタイト相の薄膜が生成してしまい、逆にＸの値が０
．９未満であると結晶性が悪くなって下地膜としての目
的を果たすことができない。

一方、本発明のニッケルフェライト系スピネル薄膜を作
成するための反応性スパックリングは、ターゲットとし
てＮ１及びＦｅを主体とする合金クーゲットを用い、ス
パッタリング装置内にアルゴンガス等の不活性ガスとと
もに酸素ガスを導入し酸化雲囲気中で行うが、この場合
不活性ガスと酸素ガスの導入量は独立に精密に制御し、
成膜速度に応じて膜中に取り込まれる酸素量を安定に供
給するように設定する。酸素量が少なすぎると、例えば
ウスタイト相の薄膜が形成される虞れがある。酸素量が
ある程度確保されれば良質なスピネル薄膜が形成される
。このとき、ターゲットの表面酸化が起こることがない
ことから、酸素流入量が若干変動しても成膜速度はほと
んど変わらず、安定な高速成膜が可能である。なお、上
記反応性スパッタリング時の不活性ガス圧としては、５
〜５０ミリＴｏｒｒ、　好ましくはｌＯ〜２０ミリＴｏ
ｒｒである。

上述の反応性スパッタリングによれば、ニッケルフェラ
イト系スピネル薄膜の低温成膜が可能であり、しためく
って基を反温度は１５０〜４００℃の低温状態に設定さ
れる。勿論、４００℃以上の高温でもスピネル薄膜の成
膜は可能であるが、これ以上高い温度に設定すると基板
の選択範囲が制限されてしまい、例えば高分子基板等の
使用が難しくなる。また、基板温度が１５０℃未満では
良質なスピネル薄膜を得ることが難しくなる。

上記反応性スパッタリングにより得られるニッケルフェ
ライト系スピネル薄膜は、極めて結晶性に優れたスピネ
ル薄膜であり、した°がってこれを下地膜とすることに
より、この下地膜上には例えば光磁気記録材料となるス
ピネル薄膜が緩やかな条件で作成される。

ニッケルフェライト系スピネル薄膜上に形成するスピネ
ル薄膜としては、マグネタイトスピネル薄膜やコバルト
フェライト系スピネル薄膜等、如何なるものであっても
よく、またその形成方法としてもターゲットとして金属
酸化物を用いる通常のスパッタリングによってもよいが
、特にＣｏ及びＦｅを主体とする合金ターゲットあるい
はＣｏ。

Ｇａ及びＦｅを主体とする合金ターゲットを用い、酸化
雰囲気中で反応性スパッタリングを行うことにより、極
めて結晶性に優れたコバルトフェライト系スピネル薄膜
を低温基板上に高速成膜することができる。

例えば、Ｃｏ及びＦｅを主体とする合金ターゲットを使
用して酸化雰囲気中で反応性スパッタリングを行うこと
により、−形式 ％式％（１） で示される組成を有するコバルトフェライト系スピネル
薄膜が形成される。

この場合、上記−形式（Ｉ）中ＣＯの占める割合ｙは、
０．５≦ｙ≦１．０５の範囲に設定することが好ましい
。これはＣＯの割合ｙが１．０５を越えると、ウスタイ
ト相薄膜が生成し易くなり、逆に０．５未満であると膜
中の酸素量の制御が難しくなることによる。また、上記
ｃｏ、Ｆｅの他、合金ターゲット中に微量の添加元素を
混入しても差し支えない。

また、特にｃｏ、Ｆｅに加えてＣ，ａを含有する合金タ
ーゲットを使用することにより、得られるコバルトフェ
ライト系スピネル薄膜のキュリ一温度を１００〜２００
℃程度に抑え、半４体レーザによる古き込みが容易に行
えるようにすることもできる。上記Ｃｏ、Ｇａ及びＦｅ
を主体とする合金ターゲットを使用した場合には、得ら
れるコバルトフェライト系スピネル薄膜の組成は、次式
％式％（） で示されるが、この場合にもＣＯの割合ｙは０．５≦ｙ
≦１．０５とすることが好まし１．また、Ｇａの割合２
は、Ｑ＜ｚ≦１．１である。Ｇａはわずかな添加量でも
キュリ一温度や磁気異方性、磁気歪。

磁気光学効果等の改善に効果を発揮するが、あまり多量
に加えるとスピネル薄膜の有する光磁気記録材料として
の特性を損なう虞れがある。

〔実施例〕

以下、本発明を具体的な実施例により説明するが、本発
明がこれら実施例に限定されるものでないことは言うま
でもない。

去崖斑上 ニッケルー鉄合金ターゲットを用い、マグ２）ロン型高
周波スパッタリング装置によってニッケルフェライトｍ
膜を成膜した。

使用したスパッタリング装置７Ｆの概略的な構成を第１
図に示す。

このスパッタリング装置は、マグ２トロン型のスパッタ
リング装置であって、真空チャンバ（１）中に合金ター
ゲット（２）及びマグネット（３）とからなるカソード
装置と基板（４）とを対向配置することにより構成され
るものである。

ここで、上記カソード装置においては、放電により発生
する放電プラズマがマグネット（３）の磁極（３ａ）　
、　（３ｂ）間のトロイダル型（ドーナツ型）の［ＩＭ
のトンネルの周辺に拘束され、アルゴンイオンが効率良
く合金ターゲット（２）に衝突して構成原子をたたき出
すようになっている。

一方、上記基板（４）の裏面側にはヒータ（５）が設け
られ、基板（４）の温度を制御″ｎするようになってい
る。

さらに、このスパッタリング装置には、上記真空チャン
バ（１）内にアルゴンガス等の不活性ガスを導入するた
めの導入管（６）が設置されるとともに、酸素ガスを導
入するための導入管（７）が設置されている。これら導
入管（６）　、　（７）から導入されるアルゴンガスあ
るいは酸素ガスの流量は、それぞれ流量制御装置、いわ
ゆるマスフローコントローラー（３Ｌ（９）によって独
立に制御され、特に酸素ガスの流量は０．２９％程度の
オーダニで精密に制御されるようになされている。

上述のスパッタリング装置を用い、導入管（７）から酸
素ガスを導入して装置内を酸化雰囲気とし、反応スパッ
タを行った。スパッタリング条件は下記の通りである。

スパッタリング条件 スパッタリング電力　　　　　　　　３００Ｗスパツタ
リングガス圧　　　　１０ミリＴｏｒｒ基板　　　　　
　　　　　　　石英ガラス基板温度　　　　　　　　　
　　　２００℃ターゲット　Ｎ１ｚｓ、３Ｆｅａｉ、ｙ
　　（数値は原子％）スパッタリングに際しては、アル
ゴンガスのみの雰囲気で１０分間予備スパッタリングを
施し、さらに本スパフタと同じ雰囲気で１０分間スパッ
タリングを行った後、基板上に膜厚０．５μｍのニッケ
ルフェライト薄膜を成膜した。

第２図に、スパッタリング時の酸素流入量とニッケルフ
ェライト薄膜の成膜速度の関係を示す。

なお、第２図中↓印はウスタイト相のニッケルフェライ
ト薄膜が得られた条件を、↓印はスピネル相〔単−相、
　（１００）配向膜〕のニッケルフェライト１膜が得ら
れた条件を示す。

この第２図より、反応性スパッタリングによる′　　　
ニッケルフェライト薄膜の作成においては、酸素流入量
が変動しても成膜速度はほとんど変わらず、したがって
実質的にターゲットの表面酸化が起こっていないことが
わかった。これはスピネル薄膜の高速成膜の点で極めて
有利である。

また、第３図に得、られたニッケルフェライトスピネル
薄膜のＸ線回折パターンを示す。図中のピークはスピネ
ル薄膜の（４００）面における回折ピークである。

得られたスピネル薄膜は極めて結晶性の良質なもので、
基板温度２００℃程度であっても充分に良好なスピネル
薄膜が形成されることがわかった。

去施斑１ 下記のスパッタリング条件により、他は実施例１と同様
の方法に従ってニッケルフェライト１膜・ネル薄膜を作
成した。なお、スパッタリング時の酸素流入量は０．３
４１　（ＳＣＣＭ）とした。

スパッタリング条件 スパッタリング電力　　　　　　　　１５０Ｗスパツタ
リングガス圧　　　　１０ミリＴｏｒｒ基板　　　　　
　　　　　　　石英ガラス基板温度　　　　　　　　　
　　　２００℃ターゲット　Ｎｉ３３．３Ｆｅｂｂ、７
　（数値は原子％）得られた薄膜は、（１１１）面に配
向した良質な結晶性を有するスピネル薄膜であった。

瓜几炎上 先の実施例２で得られたニッケルフェライトスピネル薄
膜上に、Ｃｏ−Ｆｅ合金ターゲットを用い酸化雰囲気中
で反応性スパッタを行い、コバルトフェライト薄膜を作
成した。コバルトフェライト薄膜のスパッタリング条件
は下記の通りである。

スパッタリング条件 スパッタリング電力　　　　　　　　２００Ｗスパッタ
リングガス圧　　　　１０ミリＴｏｒｒ基板　　　　　
　　　　　　　石英ガラス酸素流入量　　　　　　　　
　０．１８５　ＳＣＣ−基板温度　　　　　　　　　　
　　２００℃ターゲット　Ｃｏ３５．Ｊｅｂｂ、ｑ　　
（数値は原子％）得られたコバルトフェライト薄膜は、
（１１１）面に配向した結晶性の極めて良好なスピネル
薄膜であり、優れた磁気光学特性及び磁気特性を示した
。

庭里炎１ 先の実施例２で得られたニッケルフェライトスピネル薄
膜上に、Ｃｏ−Ｇａ−Ｆｅ合金ターゲットを用い酸化雰
囲気中で反応性スパッタを行い、コバルトフェライト系
薄膜を作成した。スパッタリング条件は下記の通りであ
る。

スパッタリング条件 スパッタリング電力　　　　　　　　８０Ｗスパツタリ
ングガス圧　　　　１０ミリＴｏｒｒ酸素流入量　　　
　　　　　　０．１１６　ＳＣＣ門基（反　　　　　　
　　　　　　石英ガラス基１反温度　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　２００℃得られたコバ
ルトフェライト系薄膜は、良好な結晶性を有するスピネ
ル薄膜であり、先の応用例１と同様に磁気光学特性や磁
気特性に優れた光磁気記録材料が得られた。また、この
スピネル薄膜は９０℃付近にキュリ一温度を示し、記１
度に優れた光（ｎ気記録材料であることがわかった。

なお、これら応用例と同様に先の実施例２で得られたニ
ッケルフェライトスピネル薄膜上に鉄ターゲツトを用い
て酸化雰囲気中で反応スパッタを行ったところ、やはり
良質な結晶性を有するマグネタイトスピネル薄膜が形成
された。また、このマグネタイトスピネル薄膜を酸化し
たところ、γ−Ｆｅ２０．スピネル薄膜とすることもで
きた。

〔発明の効果〕

以上の説明からも明らかなように、Ｎｌ及びＦｅを主体
とする合金ターゲットを用いて酸化雰囲気中で反応性ス
パッタリングにより成膜されるニッケルフェライト系ス
ピネル薄膜は、極めて良好なスピネル相の結晶性を有す
る。

また、上記ニッケルフェライト系スピネル薄膜の作成に
あたっては、低温成膜が可能であるばかりか、膜中の酸
素量の制御が容易であり、さらにはターゲットの表面酸
化によるスパッタリング条件の低下もなく、高速成膜が
可能である。

したがって、このニッケルフェライト系スピネル薄膜は
各種スピネル薄膜作成の下地膜として有用であり、例え
ば光（ｆ気記録材料であるコバルトフェライト系スピネ
ル薄膜を低温成膜、高速成膜することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のニッケルフェライト系スピネル薄膜を
作成するにあたって使用されるスパッタリング装置の一
例を示す概略的な構成図である。 第２図はＮｉ−Ｆｅ名金ターゲ７）を使用して反応スパ
ックを行った際の酸素流入量の変化に伴う成膜速度の変
化を示す特性図である。 第３図はＮｉ−Ｆｅ合金ターゲットを使用して得られた
ニッケルフェライト系スピネル薄膜のＸ線回折パターン
を示すスペクトル図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　Ｎｉ＿ｘＦｅ＿３＿−＿ｘＯ＿４（但し０．９≦ｘ≦
   １．０５）よりなるニッケルフェライト系スピネル薄膜
   。