KR100394331B1 - 자성박막 및 자기소자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 충분한 연자기특성을 가지면서 높은 전기저항률을 갖는 자성박막 및 그와 같은 자성박막을 갖춘 자기소자를 제공한다.

본 발명의 자성박막(10)은 조성식 (Fe_1-αCo_α)_1-β(B_1-χ-δN_δX_χ)_β로 나타내는 자성재료(식중 α, β, χ 및 δ는 각각 하기 부등식을 만족하고, X는 4B족 원소를 나타냄)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

0 ＜ α ＜ 1, 0.05 ≤ β ≤ 0.55,

0 ≤ χ ＜ 1, 0 ＜ δ ＜ 1, χ + δ ＜ 1

Description

자성박막 및 자기소자{A MAGNETIC THIN FILM AND MAGNETIC CELL}

본 발명은 자성박막 및 자기소자에 관한 것이다.

최근, 각종 회로를 LSI화 하는 것 등에 의해 전자기기의 소형화가 진행되고 있다. 그러나, 전원부에 대해서는 인덕터나 트랜스와 같은 자기소자의 소형화가 늦어지고 있기 때문에, 다른 부품만큼 소형화가 진행되고 있지 않다. 그 때문에,전원부가 기기전체에 차지하는 용적비율은 증대하고 있다.

이와 같은 문제를 해결하기 위해, 본 발명자들은 평면코일과 자성박막을 조합시킨 평면형의 자기소자를 연구개발하여 이미 실용화 하고 있다. 이 자기소자는 그 형상으로부터 상술한 문제에 대해 극히 유효하고, 또한 1MHz 이상의 고주파수영역에서의 사용이 가능하다.

그런데, 고주파수영역에서의 상기 자성박막의 투자율은 회전자화과정의 상황에 크게 의존한다. 이상적인 회전자화과정을 실현하기 위해서는, 자화인란축(磁化因難軸)방향의 여자를 동일한 면내 1축자기이방성의 기초하에서 행할 필요가 있고, 자화인란축방향의 투자율 및 보자력(保磁力) 등이 중요한 물성치로 된다. 또한, 고주파수영역에서의 투자율은 시료의 다양한 물성과 복잡(複雜)에 상관하고 있다. 이방성자장은, 그 중에서도 투자율(실수부)에 대해 가장 높은 상관을 갖는 것에 하나로, 그 역수는 고주파투자율의 실수부에 대개 비례하고 있다.

박막인덕터와 같은 평면형의 자기소자에는, 1MHz 이상의 고주파수영역에서 고투자율(실수부)인 것이 요구되지만, 각각의 설계에 따라 최적의 투자율은 다르다. 그 때문에, 박막인덕터 등의 자기소자에 있어서, 고주파수영역에서의 최적의 투자율을 실현하기 위해서는 자성박막이 그 면내에 1축자기이방성을 갖는 것 및 이방성자장을 소망하는 값으로 제어가능한 것이 필요하게 된다.

한편, 투자율의 허수부에는 (a) 일반적인 히스테리시스 손실, (b) 자벽(磁壁)이동 등에 의한 이상손실, (c) 과전류손실 및 (d) G-L-L(길버트-랜다우-리프시코) 방정식 등으로 나타내지는 본질적인 자기모멘트의 공명(共鳴)손실 등이 기여한다. 자화인란축방향의 여자에 대해 낮은 보자력이 얻어지면서 동일한 1축자기이방성이 얻어진 경우, (a)와 (b)는 감소된다. 또한, 충분히 큰 이방성자장 및 자발자화의 기초하에서는, 강자성공명주파수가 고주파수화 되기 때문에, (d)의 영향도 감소된다. 그러나, (c)의 과전류손실에 대해서는 자성박막이 연자성에 우수할 수록 그 영향이 현저하고, 주파수의 자승으로 증대한다. 이를 감소시키기 위해서는, 자성박막의 전기저항률을 높일 필요가 있다.

또한, 박막인덕터와 같은 평면형의 자기소자에 있어서는, 자성박막의 포화자력이 높을 수록 처리가 가능한 전력이나 포화전류의 증대를 기대할 수 있다. 따라서, 박막인덕터 등의 자기소자에는 자성박막이 높은 포화자력을 갖는 것도 필요하다.

이와 같이, 상기 박막인덕터에는 자성박막이 그 면내에 1축자기이방성을 갖는 것, 이방성자장을 소망하는 값으로 제어가능한 것, 높은 전기저항률을 갖는 것 및, 높은 포화자화를 갖는 것 등이 요구된다. 더욱이, 일반적으로 상술한 요구는 박막인덕터 이외의 평면형의 자기소자에 있어서도 마찬가지이다. 예컨대, 자기헤드 등에 대해서는 기록밀도의 증대, 자기기록매체의 고보자력 및 고에너지 적화(積化) 및, 동작주파수의 고주파수화에 따라 고주파수영역에서 저손실이면서 높은 포화자화를 갖는 자성박막이 요구되고 있다.

본 발명자들이 이미 실용화 하고 있는 평면형의 자기소자, 구체적으로는 복수의 비정질상을 갖는 Fe-Co-B-C계의 자성박막을 이용한 박막인덕터는 초소형 DC-AC컨버터와 같은 전력용도 디바이스에 사용되고 있으며, 이 자성박막은 상술한 특성을 겸비하고 있다.

즉, 이 자성박막은 단순한 결정질의 파머로이나 Fe계 결정질 합금과 같은 고전적인 결정질 연자성재료에 비해 1자릿수 큰 120~200μΩcm정도의 저항률을 갖고 있다. 그 때문에, 이 자기소자에 있어서는, 과전류손실이 비교적 억제되고 있다. 또한, 이 자성박막은 높은 포화자화, 면내 1축자기이방성 및, 충분한 연자성을 실현하고, 더욱이 반도체 프로세서에 있어서의 열 등에 대해 높은 내성을 갖고 있다.

그러나, 상기 자성박막은 이와 같이 우수한 특성을 갖고 있슴에도 불구하고, 전력용도의 인덕터 등에 적용된 경우에, 통상 단층구조가 아니라 복수의 자성박막을 적층한 적층구조가 채용된다. 그 이유를 이하에 설명한다.

전력용도의 인덕터에서는 대량의 자속이 구동되기 때문에, 상술한 자성박막을 이용한 경우에는 자성박막의 두께를 5㎛에서 10㎛ 이상으로 할 필요가 있다. 단층구조에서 이와 같은 두께를 실현한 경우, 자성박막이 예컨대 100μΩcm 이상의 저항률을 갖고 있다 해도 과전류손실이 과잉되어 실용적인 자기소자효율을 얻을 수 없다.

그에 대해, 복수의 자성박막을 적층하여, 각각의 자성박막간에 절연층을 개재시킨 경우, 개개의 자성박막을 두껍게 형성할 필요가 없기 때문에, 과전류손실을 억제하는 것이 가능하다. 그러나, 적층구조는 단층구조에 비해 제조공정이 복잡하기 때문에, 수율의 저하나 비용의 상승 등과 같은 문제를 초래한다.

또한, 자기소자를 신호처리용소자로서 이용할 경우, 이후 수100MHz~수GHz의 주파수영역에서 구동될 것이 예상된다. 그러나, 이와 같이 극히 높은 주파수영역에서는 자성박막의 두께방향에 대해 전장자장의 감쇠가 현저하다. 그 때문에, 상술한 자성박막과 같이 저항률이 불충분한 자성박막을 적층한 적층구조를 채용하는 것은 비현실적이다.

이와 같은 극히 높은 주파수영역에 있어서는, 단층구조를 채용하는 것이 바람직하고, 이 경우 자성박막에는 적어도 200μΩcm의 저항률이, 실용적으로는 300μΩcm의 저항률이 필요하게 된다. 즉, 자기소자에는 자성박막의 저항률을 높이는 것이 요구되고 있다.

이상 기술한 바와 같이, 자기소자의 고성능화, 저비용화 및 고주파수영역에서의 충분한 자기소자효율을 실현하기 위해, 과전류손실을 더 감소시키는 것, 즉 자성박막의 전기저항률을 더 높이는 것이 절실히 요망되고 있다. 그러나, 일반적으로 연자기특성은 조성이나 구조에 크게 영향을 주기 때문에, 자성박막의 연자기특성을 유지하면서 전기저항률을 더 높이는 것은 극히 곤란하다.

본 발명은 상기한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 충분한 연자기특성을 가지면서 높은 전기저항률을 갖는 자성박막 및 그와 같은 자성박막을 갖는 자기소자를 제공하는 것에 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명의 1실시형태에 따른 자성박막을 개략적으로 나타낸 평면도,

도 2는 본 발명의 1실시형태에 따른 자기소자를 개략적으로 나타낸 도면,

도 3은 본 발명의 실시예1에 따른 자성박막의 저항률을 나타낸 그래프,

도 4는 실시예1에 따른 자성박막(10)의 자화곡선을 나타낸 그래프,

도 5는 실시예1에 따른 자성박막(10)의 자화곡선을 나타낸 그래프,

도 6은 실시예1과, 실시예2 및 비교예에 따른 자성박막(10)을 600K로 열처리한 경우에 얻어진 자발자화를 나타낸 그래프,

도 7은 실시예1에 따른 자성박막(10)을 586K 및 576K로 열처리한 경우에 얻어진 자발자화를 나타낸 그래프,

도 8은 실시예1에 따른 자성박막(10)을 600K로 열처리한 경우에 얻어진 이방성자장을 나타낸 그래프,

도 9는 실시예2에 따른 자성박막(10)을 600K로 열처리한 경우에 얻어진 이방성자장을 나타낸 그래프,

도 10은 실시예1에 따른 자성박막(10)을 586K로 열처리한 경우에 얻어진 이방성자장을 나타낸 그래프,

도 11은 실시예1에 따른 자성박막(10)을 576K로 열처리한 경우에 얻어진 이방성자장을 나타낸 그래프,

도 12는 실시예1 및 실시예2에 따른 자성박막(10)을 600K로 열처리한 경우에 얻어진 자화인란축 보자력을 나타낸 그래프,

도 13은 실시예1에 따른 자성박막(10)을 586K로 열처리한 경우에 얻어진 자화인란축 보자력을 나타낸 그래프,

도 14는 실시예1에 따른 자성박막(10)을 576K로 열처리한 경우에 얻어진 자화인란축 보자력을 나타낸 그래프.

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

10 --- 자성박막, 11,12 --- 영역,

20 --- 자기소자, 23 --- 평면코일,

24 --- 전극, 25 --- 절연층,

26 --- 자화용이축, 27 --- 자속,

31~33,61~63,71~73,121,122 --- 곡선.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명은, 조성식(Fe_1-αCo_α)_1-β(B_1-χ-δN_δX_χ)_β로 나타내는 자성재료(식중 α, β, χ 및 δ는 각각 하기 부등식을 만족하고, X는4B족 원소를 나타냄)를 포함하는 것을 특징으로 하는 자성박막을 제공한다.

0 ＜ α ＜ 1, 0.05 ≤ β ≤ 0.55,

0 ≤ χ ＜ 1, 0 ＜ δ ＜ 1, χ + δ ＜ 1

상기 자성박막에 있어서, 상기 박막은 그 막면에 실질적으로 평행한 1축자기이방성을 갖는 것이 바람직하다.

상기 자성박막은, 통상 제1영역과 제2영역을 갖추고, 제1영역은 제2영역에 비해 Fe 및 Co를 보다 높은 농도로 함유하며, 제2영역은 제1영역에 비해 B, N 및 X를 보다 높은 농도로 함유한다. 이 경우, 제1영역은 결정질상, 비정질상 및, 결정질상과 비정질상과의 혼상(混相)중 어느 하나이어도 좋다. 한편, 통상 제2영역은 비정질상이다. 또한, 제1영역은 복수의 섬형상부로 이루어지고, 제2영역은 복수의 섬형상부의 사이에 위치하면서 그물코형상의 형상을 갖는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 상기 자성박막과, 이 자성박막과 대향하여 배치된 평면형코일을 갖춘 것을 특징으로 하는 자기소자를 제공한다. 이 자기소자는, 통상 자성박막과 평면형코일과의 사이에 개재하는 절연체층을 더 갖춘다.

(실시형태)

이하, 본 발명에 대해 도면을 참조하면서 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 1실시형태에 따른 자성박막을 개략적으로 나타낸 평면도이다. 도 1에 있어서, 참조번호 10은 자성박막을 나타내고 있다. 이 자성박막(10)은 조성식 (Fe_1-αCo_α)_1-β(B_1-χ-δN_δX_χ)_β로 나타내는 자성재료를 함유한다. 더욱이, 상기 조성식에 있어서, α, β, χ 및 δ는 각각 하기 부등식을 만족하고, X는 4B족 원소를 나타낸다.

0 ＜ α ＜ 1, 0.05 ≤ β ≤ 0.55,

0 ≤ χ ＜ 1, 0 ＜ δ ＜ 1, χ + δ ＜ 1

도 1에 나타낸 바와 같이, 자성박막(10)은 통상 섬형상의 영역(11)과 그물코형상의 영역(12)을 갖추고 있다. 영역(11)은 천이금속리치(遷移金屬rich)이고, 영역(12)에 비해 Fe 및 Co를 보다 높은 농도로 함유하고 있다. 한편, 영역(12)은 비금속리치이고, 영역(11)에 비해 B, N 및 X를 보다 높은 농도로 함유하고 있다. 천이금속리치의 영역(11)은 비정질상, 결정질상, 또는 비정질상과 결정질상과의 혼상이다. 즉, 영역(11)은 다양한 결정상태를 취할 수 있다. 그에 대해, 비금속리치의 영역(12)은 통상 비정질이다.

이 자성박막(10)의 특징에 대해, 본 발명자들의 미국특허 제5,522,946호에서 개시되는 자성박막과 비교하면서 이하에 설명한다. 미국특허 제5,522,946호가 개시하는 자성박막은 Fe와 Co와 B와 C와 임의로 C 이외의 4B족 원소로 이루어진 Fe 베이스의 합금을 자성재료로 함유하고 있다. 이 자성재료를 이용하여, 적당한 조성비 및 성막조건의 기초하에서 자성박막을 성막함으로써, 도 1에 나타낸 것과 같은 천이금속리치의 영역 및 비금속리치의 영역이 형성된다.

미국특허 제5,522,946호가 개시하는 자성박막은 높은 포화자화를 가지면서 연자성이 우수하다. 이 자성박막은, 더욱이 1축자기이방성의 유도·제어가 가능하고, 우수한 고주파자기특성을 갖고 있다.

또한, 미국특허 제5,522,946호가 개시하는 자성박막에 있어서는, 천이금속리치의 영역이 섬형상으로 형성되면서 비금속리치의 영역이 그물코형상으로 형성되어 있다. 즉, 이 자성박막은 입상(granular)구조를 갖고 있다.

이 비금속리치영역에 있어서는, 높은 저항률을 갖는 재료인 보론카바이드 또는 그와 유사한 구조가 형성되어 있는 것으로 생각된다. 이와 같이, 이 자성박막에 있어서는, 높은 저항률을 갖는 비금속리치영역이 퍼콜레이션(percolation) 네트워크를 형성하고 있기 때문에, 비교적 높은 저항률이 얻어진다.

본 실시형태에 따른 자성박막(10)은 모든 C가 또는 일부의 C가 N으로 치환되는 점이 미국특허 제5,522,946호가 개시하는 자성박막과 크게 다르다. 상술한 바와 같이, 미국특허 제5,522,946호가 개시하는 자성박막의 비금속리치영역에 있어서는, 보론카바이드 또는 그와 유사한 구조가 형성된다. 그에 대해, 본 실시형태에 따른 자성박막(10)의 비금속리치영역(12)에 있어서는, 보론나이트라이드 또는 그와 유사한 구조가 형성된다.

보론카바이드는 우수한 저항체이지만, 보론나이트라이드는 그 보다 더 우수한 저항체(Eg=4.6eV)이다. 따라서, 본 실시형태에 따른 자성박막(10)에 의하면, 보다 높은 전기저항률을 얻는 것이 가능해진다. 더욱이, 자성박막(10)의 비금속영역(12)중에서는 보론나이트라이드가 아닌 그와 유사한 구조가 형성되는 것도 고려되지만, 미국특허 제5,522,946호가 개시하는 자성박막과, 본 실시형태에 따른 자성박막(10)과의 사이의 전기저항률의 관계는 보론카바이드와 보론나이트라이드와의 사이의 저항률의 관계와 동일한 것으로 생각된다.

이와 같이, 비금속리치영역(12)에 높은 저항률을 갖는 재료를 이용함으로써, 자성박막(10)의 저항률을 높이는 것이 가능하지만, 그와 같은 재료 모두에서 상술한 구조의 자성박막(10)을 형성할 수 있다는 의미는 아니다. 이는 이하의 이유에 의한다.

비금속원소는 비금속리치의 영역(12)에 높은 농도로 함유되지만, 천이금속리치의 영역(11)에도 함유된다. 천이금속리치의 영역(11)에 함유되는 비금속원소는 영역(11)의 비정질화 또는 미(微)결정화에 기여한다. 더욱이, 천이금속리치의 영역(11)에 함유되는 비금속원소는 가전자 수수(授受)나 격자간 거리에 영향을 주고, 그에 의해 자성박막(10)의 자기특성에 영향을 준다. 따라서, 미국특허 제5,522,946호가 개시하는 자성박막에서 얻어진 연자성 등을 유지하기 위해서는, 천이금속리치의 영역(11)에 대해 마찬가지의 효과를 줄수 있는 비금속을 이용할 필요가 있다.

저원자번호의 원자간에는 가수에 따라 이온화 경향 등이 크게 다르지만, 그 중에서도 N은 천이금속리치의 영역(11)에서의 거동이 가장 C에 가까운 원소이다. 즉, N은 C의 대체에 최적이고, C를 N으로 치환한 경우에 있어서도, 미국특허 제5,522,946호가 개시하는 자성박막에서 얻어진 우수한 특성은 유지된다.

이와 같이, 본 실시형태에 따른 자성박막(10)에 의하면, 종래의 Fe-Co-B-C계의 자성박막이 갖는 우수한 연자성 등을 유지하면서, 보다 높은 전기저항률을 실현하는 것이 가능해진다. 따라서, 자기소자에 이 자성박막(10)을 이용한 경우, 과전류손실에 의해 생기는 문제를 회피하기 위해, 종래와 같은 다층구조를 채용할 필요가 없다. 즉, 단층구조에서, 또는 적층수가 보다 적은 다층구조에서 과전류손실에 의한 문제를 회피하는 것이 가능해진다.

상기 자성박막(10)은, 통상 1㎛~10㎛정도의 두께로 형성된다. 더욱이, GHz 대역에서의 사용이 상정되는 경우는, 1㎛ 이하, 또는 0.1㎛ 이하로 형성되는 경우도 있다. 또한, 상기 자성박막(10)에 있어서, 천이금속리치의 영역(11)은, 통상 평균직경이 5~10nm로 되도록 형성된다. 영역(11)의 평균직경을 이와 같은 범위내로 함으로써, 우수한 연자성 등을 얻을 수 있다.

상기 자성박막(10)은, 통상 조성식 (Fe_1-αCo_α)_1-β(B_1-χ-δN_δX_χ)_β로 나타내는 자성재료만으로 실질적으로 이루어진다. X는 4B족 원소, 즉 C, Si, Ge, Sn 및 Pb를 나타낸다. 원소 X는 임의성분이고, 따라서 상기 자성박막(10)은 원소 X를 함유하지 않는 것이어도 좋다. 또한, 상기 자성박막(10)은 X로서 4B족 원소로부터 선택되는 복수종류의 원소를 함유할 수 있다. 더욱이, 그 경우, 예컨대 자성박막(10)이 X로서 2종류의 원소 X1 및 X2를 함유하는 것으로 하면, X=X1_1-γX2_γ(0＜γ＜1) 되는 관계를 만족할 필요가 있다.

상기 조성식에 있어서, χ는 부등식 0≤χ＜1로 나타낸 관계를 만족하면 특별히 제한은 없지만, 부등식 0≤χ≤(1-2δ)/5로 나타낸 관계를 만족하는 것이 바람직하다. χ가 (1-2δ)/5를 초과하면, 충분한 량의 보론나이트라이드가 형성되지 않거나, 또는 4B족 원소 X가 저저항의 상태를 취하기 때문에, 자성박막(10)의 전기저항률이 불충분하게 될 우려가 있다.

상기 자성박막(10)이 원소 X를 함유할 경우, X는 C, Si 및 Sn으로부터 선택되는 것이 바람직하다. X로서 이들 원소를 이용한 경우, 안정한 매트릭스 구조를 형성하면서 우수한 연자성을 얻을 수 있다.

상기 조성식에 있어서, α는 부등식 0＜α＜1로 나타낸 관계를 만족하면 충분한 자발자화를 얻을 수 있지만, 부등식 0.1≤α≤0.5로 나타낸 관계를 만족하는 것이 바람직하다. 이 경우, 보다 높은 자발자화를 얻을 수 있다. 특히, α가 0.25정도인 경우, 자발자화에 관해 가장 유리하다.

또한, 상기 조성식에 있어서, β는 부등식 0.05≤β≤0.55로 나타낸 관계를 만족한다. β가 0.55를 초과하면, 예컨대 α가 0.25정도이더라도, 실온에서의 자발자화가 실질적으로 제로(zero)로 되는 것이 있다. 한편, β가 0.05 미만일 경우, 미결정이 아닌 결정화가 발생하기 쉽고, B나 N 등을 첨가함으로써 발생하는 효과, 예컨대 전기저항률을 높이는 효과나 우수한 연자성을 얻는 효과가 얻어지지 않는 것이 있다. β는 0.4 이하인 것이 바람직하다. β를 0.4 이하로 함으로써, 일반적인 페라이트(ferrite)와 같은 종래의 고저항률 연자성재료보다 높은 1Tesla 이상의 자발자화를 얻을 수 있다.

상기 조성식에 있어서, δ는 부등식 0＜δ＜1 및 부등식 χ+δ＜1로 나타낸 관계를 만족하면, 특별히 제한은 없지만, 더욱이 부등식 (1-5χ)/2≤δ로 나타낸 관계를 만족하는 것이 바람직하다. 이 경우, 보론나이트라이드를 보다 많이 생성하여, 자성박막(10)의 저항률을 높일 수 있다. 또한, 천이금속리치상(相)으로 공급되는 N의 량을 보상할 수 있다.

총합하면, δ와 χ는 부등식 0.8≤2δ+5χ≤1.2를 만족하는 것이 바람직하고, 2δ+5χ는 거의 1인 것이 보다 바람직하다. 이 경우, 상술한 효과가 특히 현저해진다.

더욱이, 상기 조성식에 있어서, β는 δ나 χ에 기초하여 결정하는 것이 바람직하다. 그 이유를 이하에 설명한다.

상술한 바와 같이, 상기 자성박막(10)은 천이금속리치의 섬형상영역(11)과 비금속리치의 그물코형상영역(12)을 갖추고 있다. 즉, 이 자성박막(10)은 입상구조를 갖고 있다. 자성박막(10)이 이와 같은 구조를 갖고 있는 경우, 도전성의 영역(11)은 절연성의 영역(12)에 의해 둘러싸여지기 때문에, 이웃한 영역(11)간에서의 전기적 도통이 억제된다. 그 때문에, 상기 자성박막(10)에 의하면, 높은 전기저항률을 얻는 것이 가능하다.

이와 같이, 자성박막(10)의 높은 전기저항률은 영역 11에 의해 야기된다. 따라서, 자성박막(10)의 전기저항률에는 영역(12)을 구성하는 재료의 저항률 및 영역(12)의 체적 등이 기여한다.

영역(12)을 구성하는 재료의 저항률 및 영역(12)의 체적은 모두 δ와 χ에 의존한다. 또한, 상술한 바와 같이, 예컨대 원소 X가 C인 경우, 비금속리치의 영역(12)중에는 보론카바이드(B₄C) 또는 그와 유사한 구조와, 보론나이트라이드(BN) 또는 그와 유사한 구조가 형성된다. 더욱이, 영역(12)에서의 보론카바이드나 보론나이트라이드 등의 밀도는 벌크의 보론카바이드나 벌크의 보론나이트라이드와 상관하고 있는 것으로 생각된다.

따라서, 원소 X를 함유시킬 경우, δ 및 χ에 기초하여 비금속리치의 영역(12)의 체적을 미리 계산하고, 그 체적과 천이금속리치의 영역(11)의 체적과의 관계가 최적으로 되도록 β를 결정함으로써, 우수한 특성을 갖는 자성박막(10)을 설계하는 것이 가능해진다. 더욱이, B, N 및 C 등은 비금속리치의 영역(12) 뿐만 아니라, 천이금속리치의 영역(11)중에도 함유되지만, 상기 설계방법은 충분히 유용한 것으로 생각된다.

이상 설명한 자성박막(10)은, 예컨대 PVD법(물리증착법), CVD법(화학증착법), 자성박막(10)의 재료를 용사(溶射)하여 롤(roll)법 등을 이용하여 급냉하는 방법 및, 도금법 등을 이용하여 형성할 수 있다. 그 중에서도, PVD법을 이용하는 것이 바람직하다. 이는 PVD법은 양산성, 막질의 안정성 및, 성막조건의 제어성이 우수하기 때문이다. 예컨대, PVD법의 하나인 스퍼터법에 의하면, 자성박막(10)의 모든 재료를 혼합하여 제작한 스퍼터타겟을 소정의 가스압하에서 불활성가스를 이용하여 스퍼터링함으로써, 자성박막(10)을 간편하면서 고속으로 얻을 수 있다.

자성박막(10)을 스퍼터법을 이용하여 형성할 경우, 스퍼터타겟은 자성박막(10)과 동일한 조성을 갖지 않아도 된다. 스퍼터법에 의하면, 통상 타겟의 조성과 형성되는 박막의 조성은 다르다. 따라서, 자성박막(10)에 있어서 목적의 조성을 얻기 위해, 상술한 조성의 다름을 고려하여 스퍼터타겟의 조성을 설정해 두는 것이 바람직하다.

스퍼터타겟의 제작방법에 특별히 제한은 없지만, 예컨대 주입이나 소결 등의 방법을 들 수 있다. 그 중에서도 소결법은, 다른 방법에 비해 보다 용이하게 타겟을 제작할 수 있다.

소결법에 의해 Fe-Co-B-C-N계의 스퍼터타겟을 제작할 경우, 그 출발재료로서, 예컨대 pure-Fe, pure-Co, B₄C 및 BN 등의 혼합물을 이용할 수 있다. 또한, 필요에 따라 이 혼합물에 pure-B나 그래파이트(graphite) 등을 첨가해도 된다.

상기 혼합물 안에는 Fe₄N과 같은 천이금속의 질화물을 더 첨가하는 것이 바람직하다. 일반적으로, 스퍼터타겟 안에 질소를 함유시킨 경우, 질소는 다른 원소에 비해 타겟 안과 박막 안과의 사이에서의 농도의 차가 크다. 즉, 통상 타겟 안의 질소농도에 비해, 박막 안의 질소농도는 저농도로 된다. 따라서, Fe₄N과 같은 천이금속의 질화물을 더 첨가함으로써, 자성박막(10)중의 질소농도를 충분히 높이는 것이 가능해진다.

이상 설명한 성막법에 의하면, 타겟은 자성박막(10)에 함유되는 모든 원소를 함유한다. 따라서, 상기 성막방법에 의하면, 자성박막(10)을 지지하는 기판과 같은 지지체와 타겟과의 사이의 거리를 짧게한 경우에 있어서도, 자성박막(10)의 조성이 불균일하게 되지 않는다. 또한, 이 방법에 의하면, 지지체와 타겟과의 사이의 거리를 짧게할 수 있기 때문에, 재료를 높은 효율로 이용하는 것, 즉 높은 수율을 실현하는 것이 가능해진다.

더욱이, 자성박막(10)의 조성변경의 신속성 및 제어성이나 자성박막(10)으로의 불순물의 혼입방지 등을 우선하는 경우는, 복수종류의 스퍼터타겟 또는 복수종류의 증착원을 이용하여 자성박막(10)을 형성해도 좋다.

상기 자성박막(10)에는, 통상 그 면내에 동일한 1축자기이방성이 부여된다. 1축자기이방성의 부여는, 예컨대 상기 자성박막(10)을 자장중에서 성막하는 것, 자성박막(10)을 성막한 직후에 자장중에서 열처리하는 것, 또는 자성박막(10)을 갖춘 자기소자를 제작한 후에 자장중에서 열처리함으로써 행해진다. 또한, 자성박막(10)이 형성되는 지지체의 표면을 미리 이방적인 형상으로 형성하는 것, 자성박막(10)에 이방적인 응력을 도입하는 것, 또는 자성박막(10)에 각종 에칭법을 이용하여 패터닝하는 것과 같이, 기계적수법을 이용하여 면내 1축자기이방성을 부여하는 것도 가능하다. 어떠한 방법을 이용하더라도, 자성박막(10)에 면내 1축자기이방성을 부여함으로써, 자화인란축방향의 여자를 고주파수영역에서의 사용에 적합하도록 행하는 것이 가능해진다.

이상 설명한 바와 같이, 상기 자성박막(10)은 종래의 우수한 자기특성을 갖고 있다. 또한, 상기 자성박막(10)은 종래에 비해 보다 높은 저항률을 갖고 있다. 즉, 상기 자성박막(10)을 자기소자에 이용한 경우, 고주파여자되었다 하더라도 과전류손실은 적다. 다시 말해서, 상기 자성박막(10)에 이용되는 자성재료는, 품질계수(Q)가 높은 우수한 고주파 연자성재료이다. 따라서, 상기 자성박막(10)을 이용함으로써, 자기소자에서의 과전류손실을 충분히 방지하기 때문에 필요한 자성박막의 적층수를 종래에 비해 감소시킬 수 있다. 즉, 충분한 연자기특성, 높은 전기저항률 및, 간략화된 구조를 가지면서 양산성이 우수한 자기소자를 얻는 것이가능해진다.

다음에, 상기 자성박막(10)을 갖춘 자기소자에 대해, 도 2를 참조하면서 설명한다.

도 2는 본 발명의 1실시형태에 따른 자기소자를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 2에 나타낸 자기소자(20)는 본 발명을 평면형 인덕터에 적용한 예를 나타내고 있다. 더욱이, 도 2a는 인덕터(20)의 평면도이고, 도 2b는 도 2a의 2B-2B선에 따른 단면도이다.

도 2a 및 도 2b에 나타낸 바와 같이, 인덕터(20)는 2중직사각형의 평면코일(23)을 갖추고 있다. 평면코일(23)은 절연층(25)중에 매립되어 있으며, 1쌍의 자성박막(10)은 절연층(25)의 양면에 각각 설치되어 있다. 더욱이, 도면중 참조번호 24는 전극을 나타내고, 화살표 26은 자화용이축(磁化容易軸)을 나타내며, 화살표 27은 자속을 나타내고 있다.

도 2a 및 도 2b에 나타낸 바와 같이, 상기 인덕터(20)는 평면형이기 때문에, 전원부 등의 소형화에 극히 유효하다. 또한, 상기 인덕터(20)는 상술한 자성박막(10)을 갖추고 있기 때문에, 도 1에 관해 설명한 바와 같은 효과를 얻을 수 있다. 즉, 자성박막(10)은 우수한 연자성 및 높은 전기저항률을 갖고 있기 때문에, 상기 인덕터(20)에 의하면, 자기소자의 고성능화, 저비용화 및, 고주파수영역에서의 충분한 자기소자효율을 실현하는 것이 가능해진다.

이상, 도 1에 나타낸 자성박막(10)을 평면형 인덕터(20)에 적용한 예를 나타냈지만, 다른 자기소자에도 적용가능하다. 예컨대, 평면형의 트랜스나 자기헤드등과 같이 자성박막과 평면코일과의 조합을 갖는 다른 자기소자에도 적용할 수 있다.

(실시예)

이하, 본 발명의 실시예에 대해 설명한다.

실시예1

도 1에 나타낸 자성박막(10)을 이하에 나타낸 방법에 의해 제작했다. 우선, 열산화막이 형성된 6매의 Si웨이퍼에 Ar가스를 이용한 드라이에칭을 시행하여, 각각의 표면을 클리닝 했다. 다음에, 마그네트론 스퍼터링장치를 이용하여, 하기 표1에 나타낸 조건으로 상기 6매의 Si웨이퍼 상에 두께 약 1㎛의 자성박막(10)을 형성했다.

이 하 여 백

[표1]

실시예1과, 실시예2 및 비교예에 공통하는 자성박막의 성막조건
성막방법	DC 마그네트론 스퍼터링
RF파워	2.5kW
타겟직경	25cmφ
스퍼터 가스	아르곤
스퍼터 가스압	0.27, 0.53, 1.06, 1.60, 2.13, 4.26Pa
타겟/기판간 거리	6cm(정지대향)
막두께	약 1㎛

더욱이, 상기 6매의 Si웨이퍼 상에 자성박막(10)을 성막할 경우의 Ar가스압은 각각 상기 표1에 나타낸 바와 같이, 0.27, 0.53, 1.06, 1.60, 2.13 및 4.26Pa로 했다. 또한, 스퍼터타겟은 하기 표2에 나타낸 조성의 소결체를 이용했다. 즉, 본 예에 있어서는 Fe, Co, B 및 N을 함유하면서 C를 함유하지 않은 스퍼터타겟을 이용했다. 또한, 자성박막(10)의 막두께는 촉침형(觸針型) 표면거칠기/막후계(膜厚計)를 이용하여 확인했다.

실시예2

스퍼터타겟으로서 조성이 다른 소결체를 이용한 것 이외에는, 실시예1에 나타낸 것과 동일한 방법에 의해 6매의 Si웨이퍼 상에 두께 약 1㎛의 자성박막(10)을 각각 형성했다. 즉, 본 예에 있어서는 하기 표2에 나타낸 바와 같이, Fe, Co, B 및 N에 부가하여, C를 더 함유하는 스퍼터타겟을 이용했다.

비교예

스퍼터타겟으로서 조성이 다른 소결체를 이용한 것 이외에는, 실시예1에 나타낸 것과 동일한 방법에 의해 6매의 Si웨이퍼 상에 두께 약 1㎛의 자성박막을 각각 형성했다. 즉, 본 예에서 이용한 스퍼터타겟은 하기 표2에 나타낸 바와 같이, N을 함유하지 않고 Fe, Co, B 및 C를 함유한다.

[표2]

	스퍼터타겟의 조성
실시예1	Fe 52 Co 17 B 14 N 16
실시예2	Fe 54 Co 18 B 16 C 3 N 8
비교예	Fe 54 Co 19 B 20 C 8

이상과 같이 하여 제작한 실시예1과, 실시예2 및 비교예에 따른 자성박막(10)에 대해, ICP발광분석법 및 고주파가열·적외흡수법을 이용하여 조성분석을 행했다. 그 결과를 하기 표3에 나타냈다.

[표3]

자성박막의 조성
스퍼터 가스압 (Pa)	0.27	2.13	0.27~4.26
실시예1	Fe 59 Co 20 B 14 N 7	Fe 59 Co 19 B 14 N 8	(0.25, 0.21~0.22, 0, 0.33~0.36)
실시예2	Fe 58 Co 19 B 16 C 3 N 4	Fe 58 Co 19 B 16 C 3 N 4	(0.25, 0.23, 0.13, 0.17)
비교예	Fe 57 Co 19 B 19 C 5	Fe 57 Co 19 B 19 C 5	(0.25, 0.24, 0.21, 0)

주) 스퍼터 가스압을 0.27~4.26Pa의 범위내로 한 경우에 얻어진 자성박막의

조성은 그 조성을 조성식 (Fe_1-αCo_α)_1-β(B_1-χ-δN_δX_χ)_β로 나타낸 경우의

(α, β, δ, χ)를 나타낸다.

상기 표3에 나타낸 바와 같이, 스퍼터 가스압은 자성박막(10)의 조성에 거의 영향을 주지 않았다.

다음에, 각각의 자성박막(10)에 대해 박막X선회절법을 이용하여 결정성을 확인한 바, 실시예1에 따른 자성박막(10)으로부터는 모두 bcc격자의 피크가 검출되었다. 즉, 실시예1에 따른 자성박막(10)은, 모두 결정질상을 함유하는 것이 확인되었다. 또한, 실시예2 및 비교예에 따른 자성박막(10)은 모두 비정질상인 것이 확인되었다. 더욱이, X선의 입사각은 자성박막(10)의 막면에 대해 2.0°로 했다.

또한, 실시예1과, 실시예2 및 비교예에 따른 자성박막(10)에 대해 4단자법을 이용하여 전기저항률을 측정했다. 그 결과를 도 3에 나타냈다.

도 3은 본 발명의 실시예1에 따른 자성박막의 저항률을 나타낸 그래프이다. 도 3에 있어서, 횡축은 자성박막(10)을 성막할 경우의 스퍼터 가스압을 나타내고, 종축은 자성박막(10)의 전기저항률을 나타내고 있다. 또한, 도면중 곡선 31은 실시예1의 자성박막(10)에 대해 얻어진 데이터를 나타내고, 곡선 32는 실시예2의 자성박막(10)에 대해 얻어진 데이터를 나타내며, 곡선 33은 비교예의 자성박막에 대해 얻어진 데이터를 나타내고 있다.

도 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, N을 함유하지 않은 비교예의 자성박막에 비해, N을 함유한 실시예1 및 실시예2의 자성박막(10)은 모두 높은 저항률을 나타내고 있다. 또한, 실시예1의 자성박막(10)은 실시예2의 자성박막(10)에 비해 높은 저항률을 나타내고 있다.

상기 표3에 나타낸 바와 같이, 실시예1의 자성박막(10)은 비교예의 자성박막에 함유되는 모든 C를 N으로 치환한 것에 상당한다. 또한, 실시예2의 자성박막(10)은 비교예의 자성박막에 함유되는 일부의 C를 N으로 치환한 것에 상당한다. 따라서, 자성박막중의 C의 N으로의 치환률을 높임으로써, 보다 높은 저항률이 얻어지는 것을 알 수 있다.

더욱이, 도 3에 나타낸 바와 같이, 실시예1 및 실시예2에 관해서는 스퍼터 가스압을 높인 경우에 의해 높은 저항률이 얻어지고 있다. 특히, 자성박막(10)중의 모든 C를 N으로 치환한 실시예1에 대해서는, 그 경향이 현저하다. 이와 같이, 자성박막(10)의 저항률은 자성박막(10)의 조성과 스퍼터 가스압에 크게 의존하는 것이 확인되었다.

이상 나타낸 바와 같이, 자성박막(10)의 조성은 스퍼터 가스압에 거의 의존하지 않고, 전기저항률은 스퍼터 가스압에 크게 의존한다. 이는 스퍼터 가스압에 의존하여 자성박막(10)의 구조가 변화하는 것을 의미하고 있다. 즉, 상기 결과는 실시예1 및 실시예2의 자성박막(10)이 종래의 Fe-Co-B-C계의 자성박막과 마찬가지로 입상구조를 나타내고, 스퍼터 가스압에 의존하여 천이금속리치의 영역(11)의 크기나 비금속리치의 영역(12)이 형성하는 퍼콜레이션 네트워크의 상태가 변화한 것으로 나타내고 있다.

다음에, 실시예1과, 실시예2 및 비교예에 따른 자성박막(10)을 128kA/m의 직류자장중에서 열처리하고, 자성박막(10)에 면내 1축자기이방성을 부여했다. 각각의 열처리온도 및 열처리시간을 하기 표4에 나타냈다.

이 하 여 백

[표4]

	실시예1	실시예2	비교예
자성박막의 결정성	결정질을 포함	비정질	비정질
자장중에서의 열처리온도	600K	586K	576K	600K	600K
자장중에서의 열처리시간	10ks	10ks	10ks	10ks	10ks
자발자화	도 6 참조	도 7 참조	도 7 참조	도 6 참조	도 6 참조
면내 1축자기이방성 (이방성자장)	도 8 참조	도 10 참조	도 11 참조	도 9 참조	0.02~0.2kA/m
자화인란축 보자력	도 12 참조	도 13 참조	도 14 참조	도 12 참조	0.4~1kA/m

더욱이, 상기 표4에 나타낸 바와 같이, 실시예1과, 실시예2 및 비교예의 자성박막에 대해서는 열처리온도 및 열처리시간을 각각 600K 및 10ks로 했다. 또한, 실시예1에서 설명한 것과 동일한 방법에 의해, 별도 자성박막(10)을 제작했다. 이들 자성박막(10)에 대해서도, 열처리온도를 586K 및 576K로 한 것 이외에는 동일하게 하여, 면내 1축자기이방성을 각각 부여했다.

이상과 같이 하여 면내 1축자기이방성을 부여한 자성박막(10)에 대해, 자화곡선을 구했다. 도 4 및 도 5에 그들의 일부를 나타냈다.

도 4 및 도 5는 각각 실시예1에 따른 자성박막(10)의 자화곡선을 나타낸 그래프이다. 더욱이, 도 4는 스퍼터 가스압을 1.06Pa로 하고 열처리온도를 600K로 한 자성박막(10)의 자화인란축에 관한 자화곡선을 나타내고, 도 5는 스퍼터 가스압을 1.06Pa로 하고 열처리온도를 576K로 한 자성박막(10)의 자화인란축에 관한 자화곡선을 나타내고 있다. 또한, 도면중 횡축은 자장을 나타내고, 종축은 자화를 나타내고 있다. 이들 도면에 나타낸 바와 같이, 실시예1 및 실시예2에 따른 자성박막(10)에 있어서는, 동일한 면내 1축자기이방성의 기초하에서의 자화인란축여자가 이상적으로 행해질 수 있는 것이 확인되었다.

다음에, 상술한 방법에 의해 면내 1축자기이방성을 부여한 실시예1과, 실시예2 및 비교예에 따른 자성박막(10)에 대해 자발자화를 측정했다. 그 결과를 도 6과, 도 7 및 상기 표4에 나타냈다.

도 6은 실시예1과, 실시예2 및 비교예에 따른 자성박막(10)을 600K로 열처리한 경우에 얻어진 자발자화를 나타낸 그래프이고, 도 7은 실시예1에 따른 자성박막(10)을 586K 및 576K로 열처리한 경우에 얻어진 자발자화를 나타낸 그래프이다. 도면중, 횡축은 스퍼터 가스압을 나타내고, 종축은 자발자화를 나타내고 있다.

도 6에 있어서, 곡선 61은 실시예1에 따른 자성박막(10)을 600K로 열처리한 경우에 얻어진 데이터를 나타내고, 곡선 62는 실시예2에 따른 자성박막(10)을 600K로 열처리한 경우에 얻어진 데이터를 나타내며, 곡선 63은 비교예에 따른 자성박막(10)을 600K로 열처리한 경우에 얻어진 데이터를 나타내고 있다. 또한, 도 7에 있어서, 곡선 71은 실시예1에 따른 자성박막(10)을 600K로 열처리한 경우에 얻어진 데이터를 나타내고, 곡선 72는 실시예1에 따른 자성박막(10)을 586K로 열처리한 경우에 얻어진 데이터를 나타내며, 곡선 73은 실시예1에 따른 자성박막(10)을 576K로 열처리한 경우에 얻어진 데이터를 나타내고 있다.

도 6의 곡선 61~63의 비교로부터 알 수 있는 바와 같이, 열처리조건을 동일한 조건으로 한 경우, 비교예의 자성박막에 비해 실시예1 및 실시예2의 자성박막(10)에서 보다 높은 자발자화가 얻어지고 있다. 이들을 더 상세히 비교하면, 실시예2의 자성박막(10)에 있어서는, 비교예의 자성박막에 비해 0.1Tesla정도 높은 자발자화가 얻어지고 있다. 또한, 실시예1의 자성박막(10)에 있어서는, 비교예의 자성박막에 비해 0.2Tesla정도 높은 자발자화가 얻어지고 있다. 이와 같이, 열처리조건을 동일한 조건으로 한 경우, 자성박막중의 C의 N으로의 치환률을 높임으로써, 보다 높은 자발자화가 얻어지는 것을 알 수 있다.

또한, 도 7의 곡선 72에 나타낸 바와 같이, 실시예1의 자성박막(10)을 586K로 열처리한 경우, 1.5~1.75정도의 자발자화가 얻어졌다. 즉, 비교예의 자성박막에 비해, 높은 자발자화를 얻을 수 있었다. 또한, 도 7의 곡선 73에 나타낸 바와 같이, 실시예1의 자성박막(10)을 576K로 열처리한 경우, 1.7~1.8정도의 자발자화가 얻어졌다. 즉, 600K로 열처리한 경우와 거의 동등한 자발자화를 얻을 수 있었다. 또한, 도 7의 곡선 71과 곡선 73을 상세히 비교하면, 고압측에서는 열처리온도를 600K로 한 경우에 비해 586K로 한 경우에 있어서 보다 높은 자발자화가 얻어졌다.

다음에, 상술한 방법에 의해 면내 1축자기이방성을 부여한 실시예1과, 실시예2 및 비교예에 따른 자성박막(10)에 대해 이방성자장을 측정했다. 그 결과를 도 8~도 11 및 상기 표 4에 나타냈다.

도 8은 실시예1에 따른 자성박막(10)을 600K로 열처리한 경우에 얻어진 이방성자장을 나타낸 그래프이고, 도 9는 실시예2에 따른 자성박막(10)을 600K로 열처리한 경우에 얻어진 이방성자장을 나타낸 그래프이다. 또한, 도 10은 실시예1에 따른 자성박막(10)을 586K로 열처리한 경우에 얻어진 이방성자장을 나타낸 그래프이고, 도 11은 실시예1에 따른 자성박막(10)을 576K로 열처리한 경우에 얻어진 이방성자장을 나타낸 그래프이다. 더욱이, 도면중 횡축은 스퍼터 가스압을 나타내고, 종축은 이방성자장을 나타내고 있다.

도 8에 나타낸 바와 같이, 실시예1의 자성박막(10)을 600K로 열처리한 경우, 이방성자장은 대개 500~1500A/m의 범위에서 변화했다. 또한, 도 9에 나타낸 바와 같이, 실시예2의 자성박막(10)을 600K로 열처리한 경우, 이방성자장은 대개 1200~2200A/m의 범위에서 변화했다. 상기 표4에 나타낸 바와 같이, 비교예의 자성박막을 600K로 열처리한 경우의 이방성자장은 0.4~1000A/m이기 때문에, 열처리를 동일한 조건으로 행한 경우, 비교예의 자성박막에 비해 실시예1 및 실시예2의 자성박막(10)에 있어서, 보다 높은 이방성자장이 얻어지는 것을 알 수 있다. 또한, 도 8 및 도 9에 나타낸 바와 같이, 실시예1 및 실시예2의 자성박막(10)에 관해서는 스퍼터 가스압에 따라 소망의 이방성자장을 얻을 수 있는 것이 확인되었다.

이방성자장이 증대한 경우, 강자성공명의 주파수가 증가한다. 이 강자성공명의 주파수는 연자성막의 여자가능한 주파수의 상한을 결정한다. 따라서, 실시예1 및 실시예2의 자성박막(10)에 관하여 얻어진 결과는 그들이 고주파수영역에서의 사용에 적합하다는 것을 나타내고 있다.

또한, 도 10에 나타낸 바와 같이, 실시예1에 따른 자성박막(10)을 586K로 열처리한 경우, 이방성자장은 대개 500~1700A/m의 범위에서 변화했다. 또한, 도 11에 나타낸 바와 같이, 실시예1의 자성박막(10)을 576K로 열처리한 경우, 이방성자장은 대개 700~3100A/m의 범위에서 변화했다. 즉, 실시예1의 자성박막(10)으로의 열처리온도를 586K 및 576K로 한 어떤 경우에 있어서도, 비교예의 자성박막에 비해 보다 높은 이방성자장이 얻어졌다. 특히, 열처리온도를 586K로 한 경우, 비교예의 자성박막에 비해 최대 약 3배의 이방성자장을 얻을 수 있었다.

다음에, 상술한 방법에 의해 면내 1축자기이방성을 부여한 실시예1과, 실시예2 및 비교예에 따른 자성박막(10)에 대해 자화인란축 보자력을 측정했다. 그 결과를 도 12~도 14 및 상기 표 4에 나타냈다.

도 12는 실시예1 및 실시예2에 따른 자성박막(10)을 600K로 열처리한 경우에 얻어진 자화인란축 보자력을 나타낸 그래프이다. 또한, 도 13은 실시예1에 따른 자성박막(10)을 586K로 열처리한 경우에 얻어진 자화인란축 보자력을 나타낸 그래프이고, 도 14는 실시예1에 따른 자성박막(10)을 576K로 열처리한 경우에 얻어진 자화인란축 보자력을 나타낸 그래프이다. 더욱이, 도면중 횡축은 스퍼터 가스압을 나타내고, 종축은 자화인란축 보자력을 나타내고 있다. 또한, 도 12에 있어서, 곡선 121은 실시예1의 자성박막(10)을 600K로 열처리한 경우에 얻어진 데이터를 나타내고, 곡선 122는 실시예2의 자성박막(10)을 600K로 열처리한 경우에 얻어진 데이터를 나타내고 있다.

도 12에 나타낸 바와 같이, 실시예1의 자성박막(10)을 600K로 열처리한 경우, 스퍼터 가스압을 4.26Pa로 한 것을 제외하고 160A/m 이하의 자화인란축 보자력이 얻어지고 있다. 즉, 스퍼터 가스압을 4.26Pa로 한 것을 제외하고, 실용상 충분한 연자성이 얻어졌다. 또한, 스퍼터 가스압을 최적화 함으로써, 40A/m정도 또는 그 이하의 자화인란축 보자력을 얻을 수 있었다.

또한, 도 12에 나타낸 바와 같이, 실시예2의 자성박막(10)을 600K로 열처리한 경우, 150A/m 이하의 자화인란축 보자력이 얻어졌다. 실시예2의 자성박막(10)에 관해서는 실시예1의 자성박막(10)과는 달리, 자화인란축 보자력은 스퍼터 가스압에 의존하지 않고, 안정한 연자성이 얻어졌다.

실시예1의 자성박막(10)을 586K로 열처리한 경우, 도 13에 나타낸 바와 같이, 자화인란축 보자력은 18 ~ 약 230A/m이고, 실용상 충분한 연자성이 얻어졌다. 또한, 실시예1의 자성박막(10)을 576K로 열처리한 경우, 도 14에 나타낸 바와 같이 자화인란축 보자력은 14 ~ 약 170A/m이었다. 도 11에 관해 설명한 바와 같이 실시예1의 자성박막(10)을 576K로 열처리한 경우, 스퍼터 가스압을 예컨대 1~2Pa로 한 경우, 2000A/m를 넘는 이방성자장이 얻어지고 있다. 또한, 도 14에 나타낸 바와 같이, 실시예1의 자성박막(10)을 576K로 열처리한 경우, 스퍼터 가스압을 예컨대 2Pa 이하로 한 경우에 충분히 낮은 자화인란축 보자력이 얻어지고 있다. 따라서, 실시예1의 자성박막(10)을 576K로 열처리한 경우, 극히 큰 이방성자장과 낮은 자화인란축 보자력을 동시에 얻는 것이 가능해진다.

이상 기술한 바와 같이, 상기 실시예1 및 실시예2에 따른 자성박막(10)에 있어서는, 모두 높은 전기저항률을 실현할 수 있었다. 또한, 이들 자성박막(10)에 면내 1축자기이방성을 부여한 것은 고주파여자에 적합한 1축자기이방성 및 높은 포화자화를 가지면서 연자성이 우수한 것이 확인되었다.

본 실시예에 있어서, 특필(特筆)해야만 할 것은, 상술한 특성을 유지하면서, 연자성막으로서는 극히 큰 2000A/m 이상인 면내 1축이방성자장과 20A/m 이하의 낮은 자화인란축 보자력과의 양립이 가능해진 점이다. 즉, 상기 실시예에 의하면, (a) 고저항률이 실현되기 때문에 과전류손실이 감소되고, (b) 높은 이방성자장 및 높은 자발자화가 실현되기 때문에 강자성 공명주파수의 증가가 가능해지며, (c) 낮은 보자력이 실현되기 때문에 히스테리시스 손실의 감소를 도모할 수 있다. 따라서, 고주파수영역에 있어서도 충분히 사용가능한 자성박막을 얻을 수 있었다.

또한, 상술한 자기특성은 600K를 넘는 온도에서의 열처리를 수반하지 않고 얻어졌다. 즉, 상기 자기특성은 폴리이미드 등을 이용한 일반적인 반도체 프로세스에 있어서의 내열온도의 범위내에서 열처리함으로써 얻어진 것이다. 따라서, 반도체 프로세스의 1공정에서 상기 자성박막(10)을 형성한 경우, 예컨대 모든 공정을 마친 후에 자성박막(10)으로의 면내 1축자기이방성의 부여를 행하는 것이 가능해진다. 즉, 상기 자성박막(10)에 의하면, 우수한 양산성을 실현하는 것이 가능해진다.

상기 기술한 바와 같이, 본 발명의 자성박막은 Fe-Co-B-N계의 자성박막을 포함하기 때문에, 충분한 연자성 및 높은 전기저항률을 갖는다. 또한, 본 발명의 자기소자는 그와 같은 자성박막을 갖춘다.

즉, 본 발명에 의하면, 충분한 연자기특성을 가지면서 높은 전기저항률을 갖는 자성박막 및 그와 같은 자성박막을 갖춘 자기소자가 제공된다.

Claims (7)

1. 조성식 (Fe_1-αCo_α)_1-β(B_1-χ-δN_δX_χ)_β로 나타내는 자성재료(식중 α, β, χ 및 δ는 각각 하기 부등식을 만족하고, X는 4B족 원소를 나타냄)를 포함하는 것을 특징으로 하는 자성박막.

   0 ＜ α ＜ 1, 0.05 ≤ β ≤ 0.55,

   0 ≤ χ ＜ 1, 0 ＜ δ ＜ 1, χ + δ ＜ 1
2. 제1항에 있어서, 상기 박막은 그 막면에 실질적으로 평행한 1축자기이방성을 갖는 것을 특징으로 하는 자성박막.
3. 제1항에 있어서, 상기 박막은 제1영역과 제2영역을 갖추고, 상기 제1영역은 상기 제2영역에 비해 Fe 및 Co를 보다 높은 농도로 함유하며, 상기 제2영역은 상기 제1영역에 비해 B, N 및 X를 보다 높은 농도로 함유하는 것을 특징으로 하는 자성박막.
4. 제3항에 있어서, 상기 제2영역은 비정질상인 것을 특징으로 하는 자성박막.
5. 제3항에 있어서, 상기 제1영역은 복수의 섬형상부로 이루어지고, 상기 제2영역은 상기 복수의 섬형상부의 사이에 위치하면서 그물코형상의 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 자성박막.
6. 제1항 내지 제5항중 어느 한항에 기재된 자성박막과, 이 자성박막과 대향하여 배치된 평면형코일을 구비한 것을 특징으로 하는 자기소자.
7. 제6항에 있어서, 상기 자성박막과 상기 평면형코일과의 사이에 개재하는 절연체층을 더 구비한 것을 특징으로 하는 자기소자.