KR100845370B1 - 전자잡음 억제 박막 - Google Patents

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엔이씨 도낀 가부시끼가이샤
유타카 시마다
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Abstract

전자잡음 억제 박막은, Fe, Co, 또는 Ni 각각의 순금속 내지는 이들을 적어도 20중량% 함유하는 합금으로 이루어지는 기둥 형상 구조체가, 산화물, 질화물 또는 플루오르화물 내지는 이들의 혼합물인 무기질의 절연성 모체 중에 매립된 구조를 가진다.

Description

전자잡음 억제 박막{ELECTROMAGNETIC NOISE SUPPRESSING THIN FILM}
본 발명은 고주파 영역에서 높은 투자율을 가지는 자성재료에 관한 것으로, 상세하게는 잡음이 되는 고주파 전류를 억제하는 전자 잡음 억제 박막에 관한 것이다.
급속한 휴대전화의 보급이나, 무선 랜 등의 개발에 의해, 전자파의 인체에 대한 영향 등을 포함한 전자(電磁) 환경 문제가 일반적으로 인식되어 가고 있다. 이러한 문제에 대하여, 광범위한 전자기기로부터의 전자파의 방출(에미션:Emission)을 어느 한도 내로 억제하는 일 및 주변으로부터의 영향에 대한 노이즈 내성(이뮤니티:Immunity)을 향상시키는 일 양자를 고려한 「전자적 양립성 또는 전자환경 적합성(Electromagnetic Compatibility, EMC)」이 검토되어 왔다.
최근에 있어 EMC의 대상은, 휴대전화나 PC에 이용되는 CPU 등으로 대표되는, 준마이크로파 대(수백MHz~수GHz)에서 동작하는 전자기기이다. 이러한 고주파 영역에 있어서 EMC를 위해 높은 자기 손실(μ")과 상술한 바와 같은 영역에 있어서의 자기 공명 주파수를 가지고 또 높은 전기저항을 가지는 재료 개발이 급선무이다.
종래의 고주파에서 사용할 수 있는 대표적인 자성 재료로서는 페라이트, 금속박막, 또 금속과 비자성 절연물을 복합시킨 다층막, 또는 과립형(granular) 박막 등이 있다.
페라이트는, 전기저항이 상당히 높고, 고주파에서의 와전류 발생이 상당히 적기때문에 벌크 형상으로 사용할 수 있다. 그러나 수 10MHz 이상의 고주파가 되면 자벽(磁壁)의 공명 진동과 스핀 공명 현상이 일어나고, 이른바 스네이크의 한계가 나타난다. 또한 주파수를 높이기에는 수 ㎛ 이하의 박막 형상으로 하여 형상 자기 이방성을 증가시켜 스네이크의 한계를 끌어 올리는 것이 효과적이지만, 높은 투자율을 갖는 페라이트 상(相)의 형성에는 1000°C 정도의 프로세스가 필요하고, 박막 형성은 곤란하여, 실용화된 사례는 없다.
또한, 금속박막은 퍼말로이(permalloy:Ni80Fe20), 아모르퍼스 금속을 대표적으로 이용하여, 상당히 높은 투자율을 얻을 수 있으나, 저항이 상당히 낮기 때문에 와전류가 발생하기 쉽고, 고주파로 됨에 따라 막 두께가 제한된다. 특히 GHz 이상에서는 막 두께가 0.1㎛ 이하가 아니면 와전류의 문제가 발생한다.
따라서, 상술한 다층막, 즉 금속박막과 산화물 등의 절연물 박막을 적층하여 와전류를 억제한 박막 재료가 사용되지만, 전체의 자화의 크기가 감소하는 점, 생산 프로세스가 복잡하게 되는 점 등에 의해 그 이용은 한정적이다.
과립형 박막은 최근 개발된 과립형 구조를 가지는 박막으로, 등방적인 구 형상에 가까운 강 자성 금속의 미립자가 산화물 등의 모체에 분산하여, 금속에 비해 수 자릿 수 높은 전기 저항(~ 103[μΩcm])을 실현하고 있다. 과립형 구조는 산화물 중에 직경 10nm 이하의 자성 금속 미립자가 석출된 구조로, 구체적으로는 스퍼터법 등의 박막 제조 기술에 의해 제작된다. 과립형 박막은 높은 전기 저항과 함께 미립자의 이방적 결합에 의해 강한 자기 이방성을 가지는 것이 가능하고, 이로 인해 GHz 대에 있어 스핀 공명 현상의 발생을 억제 또는 제어할 수 있다. 때문에 과립형 박막은, 종래의 박막 재료에 비해 응용의 범위는 넓다고 여겨진다.
하지만, 과립형 박막을 EMC 대책에 이용하기 위해, 전송 선로 근방에 배치하면, 수백MHz 이상의 고주파수 대역에서는 선로를 전송하는 신호의 반사가 현저해지는 것을 알았다. 이를 방지하기 위해서는 또한 수 자릿수 높은 전기 저항이 필요하다.
때문에, 과립형 박막의 또 다른 고 전기 저항화가 필요하게 되지만, 이에는 이하와 같은 문제가 있다.
우선, 과립형 구조를 제작하는 강자성 금속미립자는 그 자체로서는 직경 수 nm이며, 고립되어 있는 상태에서는 실온의 열 요란(擾亂)에 의해 강자성을 잃어버린다(초 상(常)자성 현상). 이것에 강자성을 갖게 하기 위해서는 미립자간에 자기적 결합을 갖게 하여 열 요란을 극복한다. 이때, 자기적 결합에 의해 미립자는 집단으로서의 자기적 성질이 나타나고, 높은 투자율을 나타나게 된다. 즉, 고 투자율 박막으로서의 성질을 얻기 위해서는, 미립자간의 자기적 결합이 불가결하다. 이 자기적 결합에는 절연물 중의 미립자간에 금속적 결합이 있는 것이 필요하여 전기 저항이 저하한다. 때문에 높은 투자율과 높은 전기저항은 상반하는 패러미터가 되고 과립형 구조에서는 전기 저항에 상한이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 초 상자성을 억제하면서 전기 저항을 올리고, 또 스핀 공명현상을 제어할 수 있는 기둥 형상 구조(column-shaped structure)를 구비한 전자잡음 억제 박막을 제공하는 것이다.
본 발명자들은 상술한 목적을 달성하기 위해, 전자잡음 억제 재료의 설계방침을 정하고, 이를 구현화할 수 있는 새로운 기술을 포착하고, 본 발명에 이르게 된 것이다.
즉, 본 발명에 의하면, Fe,Co, 또는 Ni 각각의 순금속 내지는 이들을 적어도 20중량% 함유하는 합금으로 이루어지는 기둥 형상 구조체가 산화물, 질화물 또는 플루오르화물 내지는 이들의 혼합물인 무기질의 절연성 모체 중에 매립된 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 전자잡음 억제 박막을 얻을 수 있다.
도 1은 비교예 (i)의 스퍼터 법에 의해 성막된 과립형 구조의 박막과, 본 발명의 실시예(a),(c) 및 (f)의, 증착법에 의해 성막된 기둥 형상 구조의 박막의 전자현미경 사진이다.
도 2A는 박막의 투자율의 주파수 특성을, 비교예 (i)의 스퍼터 막, 및 본 발명의 실시예 (a),(c),(f) 및 (g)의 증착막에 대해 각각 도시하는 도면이다.
도 2B는 그 성막법의 상이에 의한 특징을 모식화한 도면이다.
도 3은 본 발명의 증착법에 의해 얻어진 실시예(c) 및 (m)의 박막 상면의 자기현미경 사진이다.
도 4A는 치수 비(L/D, L:기둥 형상 구조체의 길이, D:상기 기둥 형상 구조체의 폭)를 가지는 시료의 모식도이다.
도 4B는 도 4A에 도시한 시료에 있어서의 투자율을 다른 치수 비에 대해 구성한 도면이다.
도 4C는 도 4A에 도시한 시료에 있어서의 공명 주파수를 다른 치수비에 대해 구성한 도면이다.
도 5는 치수 비가 다른 시료를 적층하여 한 개의 시료를 제작한 경우의 모식도이다.
도 6A는 도 5에 도시한 치수 비가 다른 각각의 층에 있어 예상되는 투자율과 공명 주파수를 구성한 도면이다.
도 6B는 도 5에 도시한 시료의 투자율의 측정결과를 나타내는 도면이다.
도 7A는 본 발명예에 있어서의 전기 저항율에 대한 S11을 도시한 도면이다.
도 7B는 본 발명예에 있어서의 전기 저항율에 대한 S21을 도시한 도면이다.
도 8A는 기판을 기울여 투자율의 면내 지향성을 제어한 예를 설명하기 위한 도면으로, 증착원과 기판 및 기판 경사각도를 나타내는 도면이다.
도 8B는 기판을 기울여 투자율의 면내 지향성을 제어한 예를 설명하기 위한 도면으로, μ의 측정방향을 나타내는 도면이다.
도 9A는 도 8A에 도시한 기판을 기울여 투자율의 면내 지향성을 제어한 시료에 있어서의 투자율의 면내 각도 의존성을 나타내는 도면이다.
도 9B는 도 8A에 도시한 기판을 기울여 투자율의 면내 지향성을 제어한 시료 에 있어서의 투자율의 면내 각도 의존성을 나타내는 도면이다.
도 10은 전자잡음 억제효과의 검증을 위한 개략적인 장치 구성예를 나타내는 도면이다.
도 11A는 본 발명에 근거하여 제작한 전자잡음 억제 박막을 전송선로상에 둔 때의 전송특성 S11(반사)를 나타내는 도면이다.
도 11B는 본 발명에 근거하여 제작한 전자잡음 억제 박막을 전송선로상에 둔 때의 전송특성 S21(투과)를 나타내는 도면이다.
도 12A는 본 발명의 실시예에 의한 전자잡음 억제박막을 그라운드 라인에 형성한 능동소자 실장회로 기판의 평면도이다.
도 12B는 도 12A의 전자잡음 억제박막의 측면도이다.
도 13은 도 12B의 전자잡음 억제박막의 방사 노이즈 저감 효과를 나타내는 도면이다.
우선, 본 발명의 원리에 대해 설명한다.
스퍼터법에 의해 얻어진 과립형 구조에 있어, 그 미립자의 형상은 대략 구 형상에 가깝다. 이 때, 초 상자성이 일어나는 조건은 다음의 (1) 식으로 나타난다.
α(KuV/kT)＜1 ··· (1)
여기서, 상기 (1)식에 있어, k는 볼츠만 정수, T는 온도(켈빈,K), Ku는 금속 미립자가 본래 가지고 있는 자기 이방성의 크기, V는 입자의 체적 및, α는 완화시간의 결정방법에 의해 변화하는 비례정수이다. 고 전기 저항 과립형 박막의 Fe나 Co 미립자의 크기는 약 5nm이고, 상기의 조건은 완전히 초 상자성의 범위내 또는 초 상자성의 경계에 있다.
이러한 경우에 있어, 초 상자성을 억제하기 위해서는 (i)Ku를 크게하는 것, 또는 (ii)미립자간을 자기적으로 결합시킨다라고 하는 두 가지의 방법을 생각할 수 있지만, 과립형 박막의 경우, (ii)에 나타나는, 미립자간의 자기적 상호작용이 존재하기 때문에, 초 상자성의 억제가 가능하게 된다. 그러나 (ii)에 나타나는 방법으로 초 상자성을 억제한 경우, 전기 저항을 올리기 위해, 산화물의 함유율을 증가시키면, 이 자기적 결합이 끊어져 초 상자성이 되기 때문에 더욱더 고 전기 저항화라고 하는 것은 곤란하다. 때문에 더욱더 고 전기저항화라고 하는 관점으로부터, 개개의 미립자의 Ku를 크게하는 방법이 필요하게 되는 셈이지만, 본 발명에서는 이 Ku를 크게하는 방법으로서, 미립자의 형상을 인공적으로 제어하고 형상(形狀) 자기 이방성을 부여한다. 즉, 초 상자성이 나타나지 않는 조건은 이하의 (2)식과 같이 변화한다.
α(KtotalV/kT)＞1, Ktotal = Ku + Kus ··· (2)
여기서, Kus는 미립자 형상에 기인하는 자기 이방성(형상 자기 이방성)의 크기이며, Ktotal는, 이 Kus와 금속 미립자가 본래 가지고 있는 자기 이방성(결정 자기 이방성 등)의 벡터 합으로 나타나는 자기 이방성의 크기이다. 형상 자기 이방성의 크기는 이하의 (3)식과 같이 표현된다.
Kus = (1/2)NdMs2 ··· (3)
또한, 상기 (3)식에 있어서, Nd는 반자계 정수, Ms는 포화자화이다.
금속 미립자가 세로방향으로 연장된 봉 형상 또는 이에 가까운 원주 형상 내지 타원체와 같은 이른바 기둥 형상 구조체를 형성하고, 또 그 길이가 충분하게 긴 경우에는, Nd는 길이방향으로 4π, 길이에 직각 방향으로는 0 이기 때문에, Kus는 다음의 (4)식으로 나타난다.
Kus = 2πMs2 ··· (4)
이와 같이, 과립형 구조를 구 형상의 집합체가 아닌, 봉을 나열한 구조로 하면 초 상자성 임계 체적을 작게 할 수 있기 때문에, 초 상자성을 억제하기 위해 입자간의 자기적 결합을 필요로 하지 않고 전기저항을 높일 수 있게 된다.
또한, 이 경우, 자기 공명 주파수 fr은
fr = γ×(2Ktotoal/Ms) ··· (5)
라고 하는 식으로 나타난다. 단, 상기 (5)식에 있어, γ는 자이로 자기계수이다.
즉, 투자율과 자기 공명의 주파수는 재료조성과 Ktotal을 변화시킴으로써 제어가 가능하다. Ktotal은 미립자 형상에 의존하기 때문에, 절연성 모체에 적당한 재료를 선택하는 것으로 제어할 수 있다. 또한 기둥 형상 구조체의 재료로서의 금속 또는 합금 조성과 기둥 형상 구조체의 형상을 제어하면, 투자율, 자기 공명 주파수, 전기 저항을 소망의 값으로 설정할 수 있다.
본 발명자들은 이상 설명한 설계 방침을 구현화할 수 있는 새로운 기술로서, 본 발명에 이르게 된 것이다.
즉, 본 발명에서는 Fe, Co, 또는 Ni 각각의 순합금 내지는 이들을 적어도 20 중량% 함유하는 합금으로 이루어지는 기둥 형상 구조체가, 산화물, 질화물 또는 플루오르화물 내지는 이들의 혼합물인 무기질의 절연성 모체 중에 매립된 구조를 가지는 전자잡음 억제 박막을 제공하는 것이다. 또한, 상기 기둥 형상 구조체는 연 자성체이다. 또한, 절연성 모체로서 산화물, 질화물 및 플루오르화물을 이용하는 것은, 이들 재료는 생성 자유 에너지가 낮고 열적으로 안정하기 때문에, 이들을 이용함으로써 막 제작시의 상(相) 분리가 명료하게 되기 때문이다. 또한 높은 투자율을 얻기 위해서는 상기 기둥 형상 구조체는, Fe, Co, 또는 Ni의 각각의 순금속 내지는 이들의 조합으로 구성되는 합금으로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 여기서, 형성되는 기둥 형상 구조체에 있어 형상 자기 이방성이 크기 때문에, 이것이 자기 특성을 결정하는 주요한 요인이 된다. 하지만, 결정 자기 이방성이나 결정의 왜곡에 의해 발생하는 자기 이방성도 다소는 영향을 미치기 때문에, 이로써, 적지 않게 연자기(軟磁氣) 특성은 열화된다. 때문에, 보다 높은 투자율을 재료에 기대하는 경우, NixFe(100-x)(75≤x≤85at%) 등의 결정 자기 이방성이나 자기 왜곡이 O에 가까운 금속을 이용하는 것이 보다 바람직하다. 또한, 높은 자기 공명 주파수를 얻기 위해서는 상기 (2),(3),(4) 및 (5)식에서, 높은 Ms를 가지는 금속을 이용하는 것이 유효하기 때문에, Fe나 FeyCo(100-y)(50≤y≤70at%) 등의 고 포화 자화 금속을 이용하면 효과적이다.
이 전자잡음 억제 박막에 있어, 상기 기둥 형상 구조체는 단자구(單磁區) 구조를 가지는 것이 바람직하고, 단자구 구조이면 자벽 공명이 나타나지 않기 때문에, 고주파(GHz)에 있어서도 보다 높은 투자율이 기대된다. 또한, 스핀 자기 공명에 의한 강자성 공명 주파수의 제어도 용이하다. 그리고, 상기 기둥 형상 구조체의 치수 비(L/D, L:상기 기둥 형상 구조체의 길이, D:상기 기둥 형상 구조체의 폭)는 1<L/D≤1000인 것이 바람직하다. 1≥L/D의 경우, 자화 용이축이 길이방향이 아니게 되고 일축(一軸) 이방성이 아니게 되기 때문에, 초 상자성을 억제할 수 없게 된다. 기둥 형상 구조체가 면내에서 직립하고 있고, 또 기둥 형상 구조체가 일체의 연속한 봉 형상체로 구성되어 있는 경우, 기둥 형상 구조체의 길이 L은 거의 전체의 막 두께와 동등하다고 간주할 수 있지만, 증착법으로 성막한 때의 막 두께의, 기계적 강도에 감안한 한계는 대략 10㎛ 정도로 여겨진다. 직경 D는 기둥 형상 구조체가 단자구 구조였던 때 최소가 되고, 구성되는 원소의 단위격자와 막 강도를 고려하면 L/D의 최대는 1000이 된다.
또한, 전자잡음 억제 박막은, 상기 기둥 형상 구조체가 길이 방향으로 자화 용이축을 가짐과 동시에, 복수의 기둥 형상 구조체가 상기 무기질의 절연성 모체를 통해 임립(林立)하고 있고, 투자율의 분산이 적고, 주파수에 대한 자기 공명 손실의 오름세가 가파르다. 이로써, 공명 주파수 및 그 주파수 대역의 제어를 용이하게 할 수 있다. 상기 복수의 기둥 형상 구조체의 직경 방향에 대해, 서로 이웃하는 기둥 형상 구조체들의 간극(간극에 존재하는 상기 절연성 모체의 두께)은 1nm ~ 100nm의 범위에 있다. 이는, 1nm 이하에서는 상기 기둥 형상 구조체 간에 자기적인 교환 결합이 일어나고, 투자율의 주파수 특성이 열화되기 때문이며, 또한 100nm 이상에 있어서는 자성을 나타내는 성분이 적어지기 때문에, 노이즈 억제 효과가 감소하기 때문이다.
또한, 상기 전자잡음 억제박막에 있어, 노이즈 억제특성을 올리기 위해서는 목적의 공명 주파수를 가지는, 즉, 치수 비(L/D, L:상기 기둥 형상 구조체의 길이, D:상기 기둥 형상 구조체의 폭)가 동등한 기둥 형상 구조체로 구성되는 층을 복수 겹치는 것이 유효하다. 이들 층(즉, 모체에 기둥 형상 구조체가 매립된 층)을, 기둥 형상 구조체라 부른다. 이 때, 절연성 모체를 통해 서로 적층된 기둥 형상 구조체층의 적층방향의 간극(간극에 존재하는 상기 절연성 모체의 두께)은 1nm ~ 100nm 범위에 있다. 이는, 이들 층간에 교환결합이 일어나면 공명 주파수가 변해 버리기 때문에, 이를 피하기 위해 1nm 이상의 간극이 필요하다. 또한 100nm 이상에 있어서는 자성을 나타내는 성분이 적어지기 때문에 노이즈 억제 효과가 감소하기 때문에 바람직하지 않다.
또한, 상기 각각의 기둥 형상 구조체층이 서로 치수 비(L/D, L:상기 기둥 형상 구조체의 길이, D: 상기 기둥 형상 구조체의 폭)가 다른 기둥 형상 구조체로 구성되는 자성층인 경우, 이 다층 구조를 가지는 전자잡음 억제박막은, 상기 기둥 형상 구조체층의 수에 상당하는 수의 복수 자기 공명 주파수를 가진다.
또한, 전자잡음 억제 박막의 포화 자왜 정수의 절대 값 |λs|는, |λs|≤60ppm이 바람직하고, |λs|≤6ppm 이면, 보다 높은 투자율을 얻을 수 있기 때문에 바람직하다. 전자잡음 억제박막의 직류에서의 전기 저항율은 102 ~ 109 μΩcm의 범위에 있는 것이 바람직하고, 104 ~ 107 μΩcm 범위에 있는 것이 전자잡음 억제성능상 보다 바람직하다. 상기 전자잡음 억제박막에 있어, 전기저항율의 증가는 절연성 모체의 체적 점유율의 단조로운 증가를 의미하고 있다. 따라서, 104 μΩcm이상에서는 절연성 모체에 의한 간극이 충분하게 넓고 상기 기둥 구조체간의 자기적 교환결합이 생기지 않기 때문에, 또 107 μΩcm이하라면 절연성 모체에 대한 기둥 형상 구조체의 체적 점유율이 충분하게 높기 때문에, 우수한 전자잡음 억제성능을 유지할 수 있는 것이다.
일반적으로 종래의 과립형 구조를 가지는 박막은, 산화물과 강자성 금속을 동시에 혼입시킬 필요가 있기 때문에, 스퍼터법으로 제조되고 있다. 스퍼터법에서는 기판에 입사하는 입자의 운동 에너지가 상당히 높기 때문에 산화물과 강자성 금속은 균일하게 혼합하고, 거의 아모르퍼스 상태가 된다. 때문에, 대부분의 과립형 재료는 열처리에 의한 상 분리과정을 통해 상기의 과립형 구조를 얻고 있다.
본 발명에서는, 산화물이나 질화물 또는 플루오르화물 등의 절연성 모체 재료와 Fe, Ni, Co의 순금속이나 이들의 조합으로 구성되는 합금으로 이루어지는 강자성 금속의 기둥 형상 구조체 재료를 예를 들어 다원 증착법에 의해 제작한다. 본 발명자들은, 증착법이, 스퍼터법에 비교하여 기판에 도달하는 원료의 원자 또는 분자의 운동량이 굉장히 작기 때문에, 박막재료조성이나 기판 재료, 성막조건을 제어함으로써 절연성 모체 중에 기둥 형상 구조체를 형성하고, 전자잡음 억제성능이 우수한 박막을 제작할 수 있다는 것을 포착하였다. 이때, 적당한 절연성 모체재료를 이용함으로써, 잘 분리된 기둥 형상 또는 봉 형상의 미립자(기둥 형상 구조체)를, 열처리하지 않고 형성할 수 있다. 이로써, 연자성이 우수한 막이 획득된다. 또한, 상기 다원 증착법을 이용한 경우, 상기 절연성 모체 재료 중에 규칙적인 기둥 형상 구조체 이외 순금속, 합금, 산화물, 플루오르화물, 질화물 등이 부정(不定) 형상으로 혼재하는 경우가 있지만, 혼재량이 적은만큼, 전자잡음 억제성능이 우수한 박막이 된다.
스퍼터법으로 얻어진 입자의 형상은 거의 구 형상에 가까운 부정형임에 대해, 증착법에서는 열처리 없음에도 상 분리되어 있으며, 강자성 금속은 긴 기둥 형상 구조를 형성하고 있다. 때문에, 상술한 바와 같이 형상 자기 이방성에 의해 고립된 강자성체에서도 고투자율이 된다. 이 투자율을 억제하기 위해서는 기둥 형상 구조의 길이를 제어하여 형상 자기 이방성을 변화시키는 것이 좋다. 기둥 형상 구조체의 길이는 강자성체의 증발원의 셔터가 열려있는 시간에 비례하기 때문에, 셔터 개폐시간에 의해 기둥 형상 구조체의 길이 L을 제어할 수 있다. 조성이나 기판온도에 의해 폭 D도 제어할 수 있기 때문에, 치수 비(L/D, L:상기 기둥 형상 구조체의 길이, D:상기 기둥 형상 구조체의 폭)를 제어할 수 있다. 상술한 바와 같이 일축 이방성을 나타내는 1<L/D를 만족하는 범위라면, 치수 비 L/D가 작아지면, 상기 (3)식에 있어 Nd가 작아지기 때문에, 자기 이방성이 저하하고, 투자율이 증가한다. 동시에 상기 (5)식의 관계로부터 자기 공명 주파수도 변화시킬 수 있다.
또한, 증착 중에 기둥 형상 구조체 재료의 셔터를 여는 시간을 변화시킴으로써, 다른 복수의 공명 주파수를 가지는 박막을, 순차 적층하여, 복수의 공명 주파수를 가지는 연속된 막도 제작할 수 있다. 이 제어방법에 의해 조금씩 다른 예리한 자기 공명 흡수 피크를 연이어 세우고, 바람직한 주파수 영역의 자기 손실을 정확하게 제어할 수 있기 때문에, 전자파 억제체로서의 성능을 높이기 위해서는 유효하다.
또한, 종래 과립형 구조에서는 입자간의 결합에 의해 자기 이방성이 발생하기 때문에, 자기 이방향성의 방향은 막면에 평행하다. 때문에 투자율의 크기는 자기 이방성의 방향에 따라 민감하게 변화한다. 즉, 투자율의 크기에 강한 면내 지향성이 있다.
이에 대해, 본 발명의 전자잡음 억제박막에서는 막 두께 방향으로 자기 이방성이 있어 막면내에는 지향성이 없다. 즉, 전자잡음 억제박막은 막면내에 있어 등방적인 투자율을 나타내는 것이 특징이며, 등방적인 노이즈 억제성능이 요구되는 것이 상당히 유효하다. 또한, 모드가 다른 전자파를 선택적으로 효율 좋게 억제한다고 하는 특정의 경우, 면내에 지향성이 있는 편이 효과적인 경우도 존재한다. 이 경우, 증착법에서는 증착원에 대해 기판의 각도를 변화시킴으로써, 기판에 입사하는 입자의 각도를 제어할 수 있기 때문에, 재료의 용도에 따라 면내 지향성을 부여하는 것도 가능하다. 즉, 이 방법을 이용하면, 상기 기둥 형상 구조체의 경사에 동반하여 막 두께 방향으로부터 면내 방향으로 경사진 자기 이방성이 발생하고, 등방적인 투자율로부터 지향성을 가진 투자율로 변화한다. 이 경우, 일정 방향에 한정 되지만, 그 방향에 대해 그 투자율의 크기를 배증시키는 것도 가능하다. 여기서, 특히 면내 지향성을 높이고 싶은 경우, 기둥 형상 구조체의 길이 방향과 막 두께 방향을 대략 수직으로 하는 것이 바람직하다.
이상과 같이 본 발명에서는 막 두께 방향으로부터 면내까지 바람직한 방향으로 바람직한 세기의 자기 이방성을 부여하고, 투자율의 방향, 크기, 공명 주파수, 또 그 주파수대를 설계하고, 제어할 수 있음과 동시에, 열처리가 필요없기 때문에 기판의 선택에 폭이 있으며, 또 고속으로 제작이 가능하다고 하는 특징을 보유한다.
그러면, 본 발명의 실시예에 대해 도면을 참조하여 설명한다.
본 실험에서 이용한 증착장치는 복수의 증착원이 설치되어 있으며, 다원증착이 가능하다. 이들을 함께 증착함으로써, 상기 전자잡음 억제박막이 얻어지지만, 본 실시예에 있어서는 각각의 성막속도를 조정함으로써, 조성을 제어하고 있다. 또한, 기판측 뿐만 아니라, 각각의 증착원에 셔터가 설치되어 있고, 이들이 독립하여 조작가능하기 때문에, 각각 단체(單體)의 막, 복합막 및 이들을 적층한 막 등을 자유롭게 제작할 수 있었다. 또한, 기둥 형상 구조체를 이루는 재료로서 순금속 또는 합금을 이용하고, 또 절연성 모체를 구성하는 재료로서 절연물을 이용하여, 개개 원소마다 증착원을 설치하였지만, 절연성 모체를 형성하는 산소, 질소, 플루오르에 대해서는 가스 도입에 의한 반응성 증착법을 이용하여 절연성 모체를 제작하는 것도 가능하다.
표 1은 조성을 변화시킨 실시예에 관련한 시료의 일람이다.
여기서, 예를 들어, Ni34Fe9B22O35로 표기되어 있는 시료는 Ni-Fe 합금이 기둥 형상 구조를 형성하여, B-O 매트릭스 중에 분산된 구조를 이루고 있으며, 그 조성비는 Ni-Fe:B-O=43:57인 것을 나타내고 있다. 또한, 이 조성의 경우, 기둥 형상 구조를 형성하고 있는 합금의 조성은 Ni:Fe=79:21이며, 이는 고투자율을 기대할 수 있는 조성이다.
[표1]
시료 성막법 조성 저항[μΩcm] S11max[dB] S21(2GHz)[dB] L/D 비고
a 증착 Ni34Fe9B22O35 2.5E+04 -15 -18 370 본 발명예
b 증착 Ni40Fe10Al25N25 8.7E+03 -12 -20 350
c 증착 Fe24Co16Mg20F40 2.1E+04 -18 -18 450
d 증착 Ni32Fe8Al15B15N30 4.2E+04 -15 -17 400
e 증착 Fe16Co16Al11Mg17O40 6.3E+04 -18 -17 370
f 증착 Fe37Mg21F42 3.6E+04 -14 -15 390
g 증착 Ni43Sr19F38 2.0E+04 -15 -11 430
h 증착 Fe12Pt12Al38N38 8.2E+05 -19 -5 460
i 스퍼터 Ni64Fe16B8O12 2.0E+02 -4 -19 -
j 증착 AlN 3.8E+09 -20 0 - 비교예
k 증착 MgF2 1.3E+09 -21 0 -
l 증착 B2O3 2.60E+09 -20 0 -
본 실시예에 있어, 본 발명예의 모든 시료는 전자선 증착장치를 이용하고, 다원증착법에서 성막하고 있다. 또한, 제작시에 있어 도달 진공도 및 성막시의 진공도는 각각 1×10-5Torr 이하 및 1×10-4Torr 이하로 하였다. 기판은 수냉각되어 있으며, 특히 기판 가열은 행하지 않았기 때문에, 기판 표면은 항상 100°C 이하로 유지되어 있다. 또한, 모든 시료에 있어, 총 막 두께는 거의 1.5㎛이다. 시료 (a) 및 (b)는 기판에 폴리이미드를 이용하고 있지만, (c) ~ (l)에 대해서는 글래스를 이용하고 있다.
본 발명에 의한 전자 잡음 억제 박막 (a)Ni34Fe9B22O35, (c)Fe24Co16Mg20F40, (f)Fe37Mg21F42를 막 단면에서 관찰한 전자 현미경 사진 및, 비교예이며, 스퍼터법에 의해 성막하고, 300°C에서 1시간 열처리하여 제작한 과립형 구조의 박막 (i)Ni64Fe16B8O12를 막면 내에서 관찰한 전자 현미경 사진을 도 1에 도시하고 있다. 본 발명에 의해 제작한 전자 잡음 억제박막에서는 열처리 없음에도 상 분리되어 있으며, 강자성 금속은 긴 기둥 형상 구조체를 형성하고 있음에 비해, 스퍼터법으로 제작한 비교예에서는 그 과립형 형성 프로세스에 의해 입자의 형상은 거의 구 형상에 가까운 부정형(不定形)인 것이 관찰되고 있다.
표 1에, 각 시료를 전자잡음 억제박막으로서 전송선로(마이크로 스트립 라인)상에 배치한 때의 전송특성인 S11(반사), S21(투과)를 나타내고 있다. 여기서, 우수한 전자잡음 억제특성을 나타내는 패러미터 중 하나는 S21이며, 이것이 크게 감쇠하고 있으면 노이즈 감쇠효과가 높다는 것을 나타낸다. 또 하나의 불가결한 특성은 S11이며, 이는 저항 값에 의해 크게 좌우된다. S11가 큰 경우, 전도 노이즈가 반사함으로써, 방사 등의 이차적 장애가 생길 가능성이 있다.
여기서, 본 명세서에 있어 S21의 효과에 대해서의 표기는 「감쇠가 크다」또는 「감쇠가 작다」라고 한다. 「감쇠가 크다」라는 것은, 「S21」이 보다 낮은 값(본 실시예와 같이, S21이 마이너스의 값인 경우, 절대 값으로는 큰 값이 된다)을 나타내는 것, 즉 노이즈 억제효과가 높다는 것을 의미한다. 또한 S11의 효과에 대해서의 표기는 「작다」또는 「크다」라고 한다. 「작다」라는 것은 「S11」가 보다 낮은 값(본 실시예와 같이, S11이 마이너스 값인 경우, 절대 값으로는 큰 값이 된다)을 나타내는 것, 즉 반사량이 적다는 것을 의미하기 때문에, 전자잡음 억제박막으로서는 바람직한 특성이다.
비교예 (j)~(l)에 비해, 본 실시예에서는 어느 것이든 S21에서 큰 감쇠를 얻고 있으며, 우수한 잡음 억제특성을 가지는 것을 알 수 있다. 또 S11에 대해서도 저항이 높기 때문에 비교 예(i)에 비해 작은 값을 나타내고 있다. 이로써, 본 발명예가 우수한 노이즈 억제효과를 나타내는 것을 알 수 있지만, 기둥 형상 구조체를 형성하는 합금이 Fe,Co, 및 Ni 만으로 이루어져 있는 (a)~(g)에서는 S21에 있어서 보다 큰 감쇠를 얻을 수 있고, 특히, Ni80Fe20이나 Fe60Co40에 가까운 조성으로 이루어지는 (a)~(e)는 상당히 우수한 특성을 나타내고 있다.
또한, 기판재료의 차이에 의한 이들 S 패러미터(전송 특성) 등의 차이는 보이지 않는다. 따라서, 본 발명에 의한 전자잡음 억제박막은, 기판재료는 글래스 기판 같은 무기 절연재료 뿐만 아니라, 금속재료나 수지 등에 성막하는 것도 가능하여, 기판재료는 특히 한정되지 않는다. 폴리이미드 등 FPC에 이용되는 재료에 성막한 때에도 기둥 형상 구조체층을 제작할 수 있기 때문에, 회로기판이나 케이블류 등의 표면 수지상에 본 발명의 전자잡음 억제박막을 설치하는 것도 가능하며, 다양한 용도로 응용할 수 있다.
도 2A에 나타낸, 실시예(a),(c),(f),(g) 및 비교예(i)의 투자율의 주파수 특성을 보면, 비교예(i)에서는 넓은 주파수 영역에서 공명 손실이 보여지고, 바람직 한 주파수 영역에서의 자기 공명을 얻을 수 없다. 이는 막의 구조로서 입자간에 자기적인 결합이 있기 때문에 자기 공명 주파수 부근에서 투자율이 큰 분산이 있기 때문이다.
한편, 본 발명예에서는 특정 주파수에서 예리한 자기 공명 손실을 얻을 수 있다. 그 이유는 고르게 잘 맞춘 기둥 형상 구조체에 의해 자기 이방성이 발생하고 있기 때문에, 분산이 거의 없고, 명확하게 자기 공명이 나타나기 때문이다. 또한, 금속성분에 Ni80Fe20에 가까운 조성물을 이용하고 있는 (a)에서는 다른 것과 비해 높은 투자율을 얻을 수 있으며, Fe나 Fe60C040을 이용하고 있는 (c)나 (f)에서는 높은 공명 주파수를 얻을 수 있다. 이는 이들 금속이 본래 가지고 있는 특성인 자화나 결정 자기 이방성, 자기 왜곡의 크기에 의존하는 바가 크다. 이 특징을 모식도적으로 나타내면, 도 2B와 같이 된다.
표 2에 자구(磁區) 구조의 차이에 의한, 노이즈 억제효과를 비교한 결과를 나타낸다. 여기서 (m)의 제작조건은, 진공도, 기판온도 및 총 막 두께에 대해서는 (c)와 동일한 조건이다. 여기서, 기둥 형상 구조체(금속)와 절연성 모체의 성막속도를 변화시킴으로써 단자구와 다(多)자구를 억제한다. 도 3에 도시한 바와 같이 (m)은 자구 구조 관찰 결과로부터, 기둥 형상 구조가 다자구의 거동을 나타내는 것이 관측되지만, (c)의 경우, 자구가 상당히 작기 때문에 관찰되지 않고 자구의 사이즈는 수십 nm이하인 것을 알 수 있다. 이로써 (c)에 있어서는 기둥 형상 구조가 단자구의 거동을 나타낸다고 여겨진다. 표 2를 참조하면, 단자구의 거동을 나타내는 (c)에 있어서의 S11는 다자구의 거동을 나타내는 (m)에 비해 작고, 전자잡음 억제박막으로서 바람직한 특성을 가지고 있는 것을 알 수 있다.
[표2]
시료 성막법 조성 저항[μΩcm] S11max[dB] S21(2GHz)[dB] L/D 자구
c 증착 Fe24Co16Mg20F40 2.1E+04 -16 -18 450 단자구
m 증착 Fe33Co22Mg15F30 3.6E+03 -9 -10 420 다자구
도 4A, 도4B, 및 도 4C는 투자율을 억제하기 위해, 상기 기둥 형상 구조체의 치수 비(L/D, L:기둥 형상 구조체의 길이, D:상기 기둥 형상 구조체의 폭)를 제어한 예이다. 도면에서 나타낸 바와 같이, 세 조성(Ni32Fe8B24O36, Fe42Al29N29, Fe21Co14Mg22F43)에 있어 검토를 행하였다. 성막조건은 진공도, 기판 온도 모두 (c)와 동일한 조건이다. 도 4A는 치수 비를 제어한 때의 일례이며, D를 3nm로 하고 치수비를 10(L=30nm)로 한 때의 모식도이다. 치수비의 제어는 각각의 성막 루트를 일정하게 하고 상기 기둥 형상 구조체를 형성하는 순금속 또는 합금상에 배치된 셔터의 열려 있는 시간을 조정함으로써 제어하고 있다. 또한, 상기 기둥 형상 구조체(41)의 직경방향의 간극(42)은, 기판 온도에 의해 제어되는 D와, 상기 기둥 형상 구조체를 형성하는 순금속 또는 합금의 절연물에 대한 비율에 의해 제어되지만, 이번에는 기판 가열은 행하지 않고, 도 4B 및 도 4C에 데이터를 나타낸 모든 시료에 있어, 순금속 또는 합금의 비율도 일정하게 하고 있기 때문에, 거의 6nm 일정하게 제어되고 있다. 또한, 상기 기둥 형상 구조체의 길이 방향에 있어서 간극은 상기 기둥 형상 구조체를 형성하는 순금속 또는 합금상에 배치된 셔터를 닫고 있는 때에, 각각의 절연물만이 성막되고, 자기적인 절연층(43)이 형성되지만 이는 30nm 일정하게 되도록 제어하였다. 상술한 수순을 반복함으로써, 상기 기둥 형상 구조체층이 절연층에 의해 자기적으로 분리된 구조의 막이 얻어지지만, 여기서 총 막 두께는 모두, 거의 1.5㎛ 일정하게 제어되고 있다. 즉, 도 4A에 나타낸 바와 같이 치수비가 L/D인 기둥 형상 구조체층이 30nm의 절연물에 의해, 막 두께 방향으로 분단(分斷)되면서 적층된 구조가 되는 셈이지만, 총 막 두께를 1.5㎛로 하고 있기 때문에, L/D가 작은 만큼 적층수는 많아지게 되는 것을 알 수 있다. 이로써, 한 층에서는 효과가 낮은 경우에 있어서도, 이들을 겹쳐 쌓음으로써 높은 노이즈 억제효과를 나타내는 막을 얻을 수 있게 된다.
도 4B 및 도 4C는 각각 상술한 조건에 있어 치수비를 변화시킨 때의 치수비에 대한 μ"의 최대 값과 fr을 나타낸 도면이다. 여기서, L/D≤1의 시료에서는 자화 용이축이 일축성으로 되지 않기 때문에 열 요동을 억제할 수 없으며, 초 상자성을 나타내기 때문에, 전자잡음 억제박막으로서 바람직한 투자율 특성을 얻을 수 없었다. 또한, L/D≥1000에서는 막이 너무 두껍기 때문에, 벗겨지기 쉬운 경향을 보였기 때문에 문제가 있다. 여기에 나타낸 결과로부터 1<L/D<1000의 범위에 있어 종래의 과립형 박막에서는 곤란하였던, 투자율의 정밀한 제어가 가능하게 됨을 알 수 있다. 특히 1<L/D<100의 범위에 있어 상당히 제어성이 좋고, 치수비의 제어에 의해 바람직한 주파수 대역에 노이즈 제어효과를 나타내는 전자 잡음 억제박막이 용이하게 제작할 수 있음을 알 수 있다. 또한 여기에서는 상기 기둥 형상 구조체에 있어 직경방향과 길이방향의 간극을 각각 6nm 및 30nm 일정하게 하지만, 이는 상기 기둥 형상 구조체간에 자기적 결합이 작용하지 않는 영역이라면 무방하다. 하지만, 이들의 간극이 1nm 이하인 경우, 상술한 자기적 결합이 생기기 때문에, 전자잡음 억제박막으로서 바람직한 특성을 얻을 수 없게 된다. 또한 이들의 간극이 100nm 이상으로 되면, 노이즈 억제하는 성분이 극단적으로 적어지기 때문에 이 경우도 전자잡음 억제박막으로서 바람직한 특성을 얻을 수 없게 된다. 특히, 이들의 간극이 1000nm 이상의 경우, 전자잡음 억제박막으로서의 효과는 거의 얻을 수 없게 된다. 또한, 이들의 간극이 1~1000nm 사이에서 변화하면 기둥 형상 구조체 층간에 발생하는 정자기(靜磁氣) 상호작용이 변화하기 때문에, 도 4A 및 도 4B에 도시한 데이터에도 변화가 생긴다. 구체적으로는 예를 들어 L/D를 일정하게 하고, 길이방향의 간극을 변화시킨 바, 이것이 좁아지면, fr은 증가하고, 투자율은 감소한다고 하는 결과가 얻어진다. 그러나, 간극이 좁아지는 만큼, 막에 점유하는 자성층의 비율이 증가하기 때문에, 투자율의 감소분은 작다.
이들의 결과로부터, 전자잡음 억제박막에 있어서의 fr이나 투자율은 이 간극을 변화시키는 것에 의해서도 제어가능하다.
여기서 나타낸 도면에 있어, 예를 들어 Ni32Fe8B24O36 합금을 이용한 경우, 이론적으로는 하나의 완전한 기둥 형상 구조체가, 자기적인 상호작용이 없는 상태에서 존재하고 있었다고 가정하면, fr의 최대는 10GHz를 초과할 것이 예상된다. 하지만, 본 실시예에 있어 최대는 4GHz보다 조금 작은 정도이며, 큰 차이가 보여진다. 이 원인은 정자기적 상호작용의 영향도 약간 고려되지만, 원인으로서는 상 분리의 불명료한 것에 기인한 기둥 형상 구조체의 불완전함에 의한 것이 크다. 또한 도 4B 및 도 4C에 도시한 결과에 있어 L/D<10의 데이터가 없다. 이 원인도 기둥 형상 구조체의 불완전함에 있다. 따라서 미세가공에 의해 거의 완전한 기둥 형상 구조체를 제작한 바, fr은 보다 높은 값까지 제어할 수 있으며, 더욱이 L/D가 2~10에서도 그 fr이나 투자율이 제어가능하다는 결과를 얻었다.
또한, 여기서 상기 기둥 형상 구조체가 각각 평행하지 않은 경우, 자기 이방성에 분산이 생기기 때문에, 전자잡음 억제박막으로서 바람직한 특성을 얻을 수 없게 된다. 또한, 상기 기둥 형상 구조체에 있어, 그 길이 방향이 막 두께 방향에 대해 대략 평행했던 경우, 면내에서는 등방적인 투자율이 얻어지기 때문에 전자잡음 억제박막으로서 상당히 유용한 재료가 된다.
상술한 결과를 참조하여, 셔터가 열려 있는 시간을 변화시키면서, 몇번이든 이를 개폐함으로써 복수의 치수 비 즉, 다른 복수의 공명 주파수를 가지는 기둥 형상 구조체를 하나의 재료 중에 겹치게 할 수 있다.
도 5에 하나의 재료 중에 치수 비가 10, 15 및 30으로 제어하여 제작한 시료의 모식도를 나타낸다. 이용한 시료의 조성은 Ni36Fe9Mg18F37이며, 도달 진공도, 성막시의 진공도, 기판온도 및 사용한 기판은, (c)와 동일한 조건이다. 또한 총 막 두께는 대략 1.5㎛이다. 상기 기둥 형상 구조체층에 있어 MgF2에 의해 형성되는 길이방향 및 직경방향의 간극 및 D는 각각 30nm, 6nm 및 3nm 일정하게 하고 있다. 도 6A 및 도 6B는 각각 상술한 결과를 근거로 여기서 얻어진 시료에 있어서 예상되는, μ"의 최대 값과 fr을 플롯팅한 것과, 실제로 치수 비가 다른 기둥 형상 구조체층을 서로 겹쳐 제작한 시료의 투자율 특성이다. 여기서 얻어진 시료의 투자율 특성은 거의 설계대로의 주파수 대, 즉, 200MHz, 300MHz 및 1GHz에 자기 공명점을 가지는 시료가 서로 겹쳐진 형태의 주파수 프로파일을 나타내고 있다. 또한 시료의 조성은 어느 것이든 Ni36Fe9Mg18F37로 하였지만, Fe, Co, 및 Ni의 각각 순금속 내지 이들의 합금, 또는 이들을 적어도 20중량% 포함하도록 조성한 것을 이용한 경우에도 동일한 결과가 얻어지고 있다. 도 7A, 도 7B는 본 실험에 있어 제작된 산화물(O), 질화물(N) 및 플루오르물(F)을 이용한 전자잡음 억제박막에 있어서의, 전기저항율에 대한 S11의 최대 값과 2GHz에 있어서의 S21을 나타낸 도면이다. 여기에 도시되어 있는 데이터에 이용된 시료의 제작조건은 모두 (c)와 동일한 조건으로 제작되었다. S11은 전기 저항율에 강하게 의존하고 있고, 저항율의 증가에 따라 단조롭게 감소하는 경향이 있다. 102μΩcm 정도에서는 -5dB 정도까지, 증가하는 경향이 있지만, 103μΩcm 이상의 저항에서는 이는 -10dB 정도까지 작아져, 이는 실용적인 레벨이다. 또한 S21에 대하여 보면, 이는 동일한 저항에서도 투자율이 다른 시료가 있기 때문에, 강한 저항율로의 의존성은 보이지 않지만, 108μΩcm 이상에서는 5dB 정도의 감쇠가 되고, 109μΩcm 이상이 되면, 거의 노이즈 억제효과는 볼 수 없게 되는 것을 알 수 있다.
도 8A, 도 8B, 도 9A, 도 9B를 참조하여, 기판을 기울여 투자율의 면내 지향성을 제어한 예에 대해 설명한다. 도 8A는 증착원에 대한 기판배치의 모식도이며, 도 8B는 도 8A를 참조하여, 면내에서 각도를 변화시키면서 투자율을 측정할 때의 각도 배치를 모식적으로 나타낸 것이다. 여기서, φ는 도 8A 중, xy 평면과 기판이 이루는 각이며, θ는 도 8B 중 기판 면내에서의 각도를 나타내고 있다. 시료 제작조건에 있어, 진공도, 기판온도 및 이용한 기판 등은 (c)와 동일한 조건으로 제작되었다. 사용한 시료조성은 Ni32Fe8Al30N30이다. 기판각도 φ에 대해서는 0°,30°, 45°및 80°로 제작하였다. 도 9A 및 도 9B는 이 때, 각각의 φ에서 제작한 시료에 있어 면내에서의 투자율의 각도 의존성을 나타낸 도면이다. 기판이 증발원에 대향하는 상태에서 제작한 φ=0°의 시료 및 φ=30°의 시료에서는, 투자율은 θ에 따르지 않고 거의 일정하며, 면내 지향성은 나타나지 않는다. 하지만, φ=45°및 φ=80°경사진 상태로 제작한 시료에는 강한 지향성이 나타나고, μ의 측정방향이 도 9A 및 도 9B에 있어서 y방향(θ=0°)에서 투자율이 커진다. 그리고 이 경향은 φ가 크게 될수록 현저하고, 또한 φ가 커질수록 그 μ"의 최대 값도 크게 된다. 특히 φ=80°의 시료에서는 θ=90°에 있어 그 투자율은 거의 영으로 되기 때문에 완전한 지향성이 보여 진다. 이로써, 막이 면내 지향성을 가질 필요가 있는 경우에 있어, 본 발명에서 얻어진 막은 상당히 유용하다. 또한, 시료의 조성은 어느 것이든 Ni32Fe8Al30N30로 하였지만 Fe, Co, 및 Ni의 각각의 순금속 내지 이들의 합금, 또는 이들을 적어도 20중량% 포함하도록 조성한 것을 이용한 경우에서도 동일한 결과가 얻어진다.
다음으로, 본 발명에서 얻어진 전자잡음 억제박막의 전자잡음 억제효과를 조사하였다.
도 10에 도시한 바와 같이, 본 발명에서 얻어진 전자잡음 억제박막 시료(61)를 절연기판 상에 형성된 마이크로스트립 도체로 이루어지는 마이크로스트립 선로(62)상에 배치하고, 마이크로스트립 선로(62)의 양단을 네트워크 분석기(63)에 접속하고, S11 및 S21을 보고 있다. 표 1~2에 있어서 전송특성도 이 측정계에서 측정되고 있다. 표 3에는 본 실험에서 사용한, 본 실시예인 시료(c) 및 스퍼터법에 의해 성막하고, 300°C에서 1시간 열처리하여 제작한 과립형 구조를 가지는 비교예의 조성 및 저항율을 나타내고 있다. 양 시료에 있어서 총 막 두께는 함께 ~1.5㎛이다.
[표 3]
시료 성막법 조성 저항[μΩcm] 비고
c 증착 Fe24Co16Mg20F40 2.1E+04 실시예
n 스퍼터 Fe24Co16Mg20F40 2.0E+04 비교예
표 3에 나타낸 시료를 마이크로 스트립 선로에 배치한 때의 S11 및 S21에 대해 조사한 결과를 각각 도 11A 및 도 11B에 나타내었다. 도 11A로부터 명백한 바와 같이, 반사를 나타내는 전송 특성 S11의 측정결과는, 본 발명의 실시예와 비교예에서는 큰 차이가 없고, 어느 시료를 이용한 경우에도, 실용적인 레벨의 반사량으로 되어 있는 것을 알 수 있다. 한편, 투과손실을 나타내는 전송 특성 S21은 도 11B로부터 명백한 바와 같이, 본 발명의 시료가 비교시료에 비해 큰 감쇠를 나타내고 있으며, 전자잡음 억제 효과가 크다고 말할 수 있다.
도 12A는 본 발명의 전자잡음 억제 박막(c)을 그라운드라인에 형성한 능동소자 실장회로 기판의 일례를 나타내는 평면도이며, 회로도에서 개략적으로 나타내고 있다. 또한, 도 12B는 도 12A의 전자잡음 억제박막(c)의 측면도이다. 도 13은 도 12B의 전자잡음 억제박막의 방사 노이즈 저감효과를 나타내는 도면이다.
도 12A 및 도 12B에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 근거하여 제작한 전자잡음 억제박막(71)을, 능동소자로서 IC(75)를 실장한 회로 기판(73) 상의 그라운드라인(72)의 일부 위에 성막하고 이 회로를 동작할 때에 발생하는 방사 전자잡음을 비교하였다. 또한 C는 커패시터 등의 비능동회로 소자(74)이다.
그 결과, 도 13에 도시한 바와 같이, 실선의 곡선(77)으로 나타내는 전자잡음 억제박막을 회로 기판상의 일부에 성막한 회로를 동작시킨 때에 관측되는 방사 전자 잡음 레벨은, 파선의 곡선(76)에서 나타내는 비교예에 관련한 전자잡음 억제박막을 설치하지 않았던 방사 전자잡음 레벨에 비해 크게 감쇠하고 있으며, 유효한 전자잡음 저감효과를 얻을 수 있다는 것이 판명되고 있다.
이상 설명한 본 발명의 실시예에 있어, 전자잡음 억제박막을 능동소자를 탑재한 회로 기판상에, 예를 들어, 그라운드라인 상에 설치한 예에 대해서만 설명하였지만 동일한 회로기판을 포함하는 전자부품이나 데이터 라인의 일부나 능동소자 상이나 능동소자를 구비한 전자부품의 고주파 전류가 흐르는 부위, 예를 들어, 금속 케이싱에 직접설치함으로써, 전자잡음 저감효과를 얻을 수 있는 것은 물론이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 전자잡음 억제박막은, 고주파에서 우수한 투자율 특성, 특히 허수부(虛部) 투자율 특성을 가지고 있으며, 이 전자잡음 억제박막은 고주파에서 잡음억제효과를 가지고 있으며, 최근 문제가 되고 있는 고주파 전자잡음의 억제에 극히 유효하다.
또한, 본 발명에 의하면, 초 상자성을 억제하면서 전기저항을 올리며, 스핀 공명 현상을 제어할 수 있는 기둥 형상 구조를 구비한 전자잡음 억제박막을 제공할 수 있다.
본 발명에 관련한 전자잡음 억제박막은, 잡음이 되는 고주파 전류를 억제할 수 있기 때문에 퍼스널 컴퓨터, 휴대단말 등을 비롯한 전자기기나 전기기기에 사용할 수 있다.

Claims (26)

  1. Fe,Co, 또는 Ni 각각의 순금속 내지는 이들을 적어도 20중량% 함유하는 합금으로 이루어지는 기둥 형상 구조체가, 산화물, 질화물 또는 플루오르화물 내지는 이들의 혼합물인 무기질의 절연성 모체 중에 매립된 구조를 가지고, 상기 기둥 형상 구조체의 치수 비(L/D, L:상기 기둥 형상 구조체의 길이, D: 상기 기둥 형상 구조체의 폭)가 1<L/D≤1000이며, 상기 기둥 형상 구조체가 길이 방향으로 자화 용이축을 가짐과 동시에, 복수의 기둥 형상 구조체가 상기 절연성 모체를 통해 직경방향으로 평행하게 배열된 반복 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 전자잡음 억제 박막.
  2. Fe,Co, 또는 Ni 각각의 순금속 내지는 이들을 적어도 20중량% 함유하는 합금으로 이루어지는 기둥 형상 구조체가, 산화물, 질화물 또는 플루오르화물 내지는 이들의 혼합물인 무기질의 절연성 모체 중에 매립된 구조를 가지고, 상기 기둥 형상 구조체의 치수 비(L/D, L:상기 기둥 형상 구조체의 길이, D: 상기 기둥 형상 구조체의 폭)가 1<L/D≤1000이며, 상기 기둥 형상 구조체가 길이방향으로 자화 용이축을 가짐과 동시에, 복수의 상기 기둥 형상 구조체가 상기 무기질의 절연성 모체를 통해 길이방향으로 서로 겹쳐져 배열된 반복 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 전자잡음 억제 박막.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 기둥 형상 구조체가 Fe,Co, 또는 Ni 각각의 순금속 내지는 이들의 조합으로 구성되는 것을 특징으로 하는 전자잡음 억제 박막.
  4. 제 1항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 기둥 형상 구조체는, 조성이 NixFe(100-x)로 나타나는 합금(75≤x≤85at%) 또는 Fe 단체(單體) 또는 조성이 FeyCo(100-y)로 나타나는 합금(50≤y≤70at%)인 것을 특징으로 하는 전자잡음 억제 박막.
  5. 제 1항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 기둥 형상 구조체가 단자구로서 거동하는 것을 특징으로 하는 전자잡음 억제 박막.
  6. 제 1항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 기둥 형상 구조체의 치수 비(L/D, L:상기 기둥 형상 구조체의 길이, D: 상기 기둥 형상 구조체의 폭)가 1<L/D≤100인 것을 특징으로 하는 전자잡음 억제 박막.
  7. 제 2항에 있어서,
    상기 기둥 형상 구조체가 Fe,Co, 또는 Ni 각각의 순금속 내지는 이들의 조합으로 구성되는 것을 특징으로 하는 전자잡음 억제 박막.
  8. 제 2항 또는 제 7항에 있어서,
    상기 기둥 형상 구조체는, 조성이 NixFe(100-x)로 나타나는 합금(75≤x≤85at%) 또는 Fe 단체(單體) 또는 조성이 FeyCo(100-y)로 나타나는 합금(50≤y≤70at%)인 것을 특징으로 하는 전자잡음 억제 박막.
  9. 제 2항 또는 제 7항에 있어서,
    상기 기둥 형상 구조체가 단자구로서 거동하는 것을 특징으로 하는 전자잡음 억제 박막.
  10. 제 2항 또는 제 7항에 있어서,
    상기 기둥 형상 구조체의 치수 비(L/D, L:상기 기둥 형상 구조체의 길이, D: 상기 기둥 형상 구조체의 폭)가 1<L/D≤100인 것을 특징으로 하는 전자잡음 억제 박막.
  11. 제 1항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 복수의 기둥 형상 구조체의 직경방향에 대해, 서로 이웃하는 기둥 형상 구조체의 간극 또는 간극에 존재하는 상기 절연성 모체의 두께가 1nm ~ 1000nm의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 전자잡음 억제 박막.
  12. 제 1항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 복수의 기둥 형상 구조체의 직경방향에 대해, 서로 이웃하는 기둥 형상 구조체의 간극 또는 간극에 존재하는 상기 절연성 모체의 두께가 1nm ~ 100nm의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 전자잡음 억제 박막.
  13. 제 1항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 기둥 형상 구조체가 길이방향으로 자화 용이축을 가짐과 동시에, 복수의 상기 기둥 형상 구조체가 상기 무기질의 절연성 모체를 통해 길이방향으로 서로 겹쳐져 배열된 반복 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 전자잡음 억제 박막.
  14. 제 2항에 있어서,
    상기 복수의 기둥 형상 구조체의 길이방향에 대해, 서로 이웃하는 기둥 형상 구조체의 간극 또는 간극에 존재하는 상기 절연성 모체의 두께가, 1 ~ 1000nm의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 전자잡음 억제 박막.
  15. 제 2항에 있어서,
    상기 복수의 기둥 형상 구조체의 길이방향에 대해, 서로 이웃하는 기둥 형상 구조체의 간극 또는 간극에 존재하는 상기 절연성 모체의 두께가, 1 ~ 100nm의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 전자잡음 억제 박막.
  16. 제 2항에 있어서,
    서로 겹쳐진 복수의 기둥 형상 구조체층으로 이루어지고, 상기 각각의 기둥 형상 구조체층이 서로 치수 비(L/D, L:상기 기둥 형상 구조체의 길이, D: 상기 기둥 형상 구조체의 폭)가 다른 기둥 형상 구조체를 가지는 자성층인 것을 특징으로 하는 전자잡음 억제 박막.
  17. 제 1항, 제 2항, 제 3항 또는 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전자잡음 억제 박막의 포화 자왜 정수의 절대 값 │λs│이, │λs│≤60ppm 인 것을 특징으로 하는 전자잡음 억제 박막.
  18. 제 1항, 제 2항, 제 3항 또는 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전자잡음 억제 박막의 포화 자왜 정수의 절대 값 │λs│이, │λs│≤6ppm 인 것을 특징으로 하는 전자잡음 억제 박막.
  19. 제 1항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 기둥 형상 구조체의 길이방향과 상기 박막의 두께방향이 평행인 것을 특징으로 하는 전자잡음 억제 박막.
  20. 제 1항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 기둥 형상 구조체의 길이방향이 상기 박막의 두께 방향에 대해 평균 각도 φ 만큼 기울어져 형성되고, 상기 φ가, 0≤φ≤90°의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 전자잡음 억제 박막.
  21. 제 1항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 기둥 형상 구조체의 길이방향이 상기 박막의 두께 방향에 대해 평균 각도 φ 만큼 기울어져 형성되고, 상기 φ가, 45≤φ≤90°의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 전자잡음 억제 박막.
  22. 제 1항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 기둥 형상 구조체의 길이방향이 상기 박막의 두께 방향에 대해 평균 각도 φ 만큼 기울어져 형성되고, 상기 φ가, 80≤φ≤90°의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 전자잡음 억제 박막.
  23. 제 1항, 제 2항, 제 3항 또는 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전자잡음 억제 박막의 직류에서의 전기 저항율이, 102 ~ 109 μΩcm의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 전자잡음 억제 박막.
  24. 제 1항, 제 2항, 제 3항 또는 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전자잡음 억제 박막의 직류에서의 전기 저항율이, 104 ~ 107 μΩcm의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 전자잡음 억제 박막.
  25. 제 16항에 있어서,
    상기 전자잡음 억제 박막은, 서로 치수 비(L/D, L:상기 기둥 형상 구조체의 길이, D: 상기 기둥 형상 구조체의 폭)가 다른 기둥 형상 구조체로 이루어지는 자성층이 두께 t의 절연성 모체를 통해 복수로 서로 겹쳐져 이루어지며, 상기 자성층의 수에 상당하는 수, 내지는 그 이하의 복수의 자기 공명 주파수를 가지는 것을 특징으로 하는 전자잡음 억제 박막.
  26. 제 1항, 제 2항, 제 3항 또는 제 7항 중 어느 한 항에 기재된 전자잡음 억제 박막을 배선 상에 포함하는 것을 특징으로 하는 회로기판.
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