KR20040056573A - nanoscale multilayed permanent magnet including nanoparticles of SmCo6 and Sm2Co17 - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A nano-complex layer permanent magnet thin film including nano-sized ferromagnetic particles and a fabricating method thereof are provided to obtain an excellent magnetic characteristic of a permanent magnet by depositing a repetitive structure of a ferromagnetic and a weak ferromagnetic and performing an annealing process in an exciting state. CONSTITUTION: An amorphous SmCo5 thin film layer and a Co layer are deposited on a substrate by using a sputtering deposition method. A multilayered structure of SmCo5/Co/SmCo5/Co is formed by depositing the amorphous SmCo5 thin film layer and the Co layer on the substrate. A complex structure is formed by using an exchange coupling process between the particles of SmCo5/Sm2Co17 and particles of Co in an exciting state. The thickness of the SmCo5 thin layer is 10 to 30nm. The thickness of the Co layer is 5 to 15nm. The multilayered structure is formed with 10 to 20 layers.

Description

나노 사이즈의 강자성체 입자를 함유한 나노복합층 영구자석 박막과 그 제조방법{nanoscale multilayed permanent magnet including nanoparticles of SmCo6 and Sm2Co17}Nanoscale multilayed permanent magnet thin film containing nano-sized ferromagnetic particles and method for manufacturing the same {nanoscale multilayed permanent magnet including nanoparticles of SmCo6 and Sm2Co17}

본 발명은 영구자석 박막에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 나노 사이즈의 강자성체 입자를 함유한 나노복합층 영구자석 박막과 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a permanent magnet thin film, and more particularly, to a nanocomposite layer permanent magnet thin film containing nano-sized ferromagnetic particles and a method of manufacturing the same.

MEMS(Micro Electro-Mechanical Machine System)의 액츄에이터에 활용되거나 또는 전자분야의 고기능성 자기센서에 적용 가능한 영구자석 박막은 보다 강력한 자력과 보다 작은 자성체 입자를 요구한다.Permanent magnet thin films that can be used in actuators of MEMS (Micro Electro-Mechanical Machine System) or applied to highly functional magnetic sensors in the electronic field require stronger magnetic force and smaller magnetic particles.

종래 MEMS의 액츄에이터에 적용할 수 있는 영구자석 박막은 벌크상 영구자석을 고정밀 가공하여 수 마이크론(micron)두께까지 깎아 내는 방법으로 제조하였으나, 이 방법은 재료의 손실과 저효율이 문제로 될 뿐만 아니라 나노 단위의 박막을 얻을 수 없는 방법이다.The permanent magnet thin film that can be applied to the actuator of MEMS is manufactured by cutting bulk permanent magnets with high precision and cutting them to several micron thickness, but this method is not only a matter of material loss and low efficiency but also nano It is a method which cannot obtain the thin film of a unit.

이와는 달리, 스퍼터링 증착을 통해 실제 MEMS용 부품에 사용 가능한 수 마이크론 두께까지 반복적으로 증착하여 제품을 제조하는 방법도 제안되어 있다.(F.J.Cadieu:The Electrochemical Society Proceedings Series, PA, NJ, (1996) p.319~335와 E.E.Fullerton:Appl. Phys. Lett, Vol. 71(11), (1997) p.1579~1581 및 C. Prados:Appl. Phys. Lett., Vol. 74(3), (1999) p.430~432 참조)Alternatively, sputter deposition has been proposed to fabricate products by repeatedly depositing a few microns thick for use in actual MEMS components (FJCadieu: The Electrochemical Society Proceedings Series, PA, NJ, (1996) p. 319-335 and EE Fullerton: Appl. Phys. Lett, Vol. 71 (11), (1997) p. 1579-1581 and C. Prados: Appl. Phys. Lett., Vol. 74 (3), (1999. ) p.430 ~ 432)

그러나 상기 증착을 이용한 방법은 MEMS용 부품에 요구되는 영구자석 박막을 구현할 수 있는 것으로 기대되고 있으나, 얻어진 박막증착은 자석의 특성이 좋지 않게 나타나는 경향이 있어 MEMS용 제품에 적용하기가 곤란한 문제를 가지고 있다.However, the method using the deposition is expected to implement the permanent magnet thin film required for the MEMS components, but the thin film deposition obtained has a problem that it is difficult to apply to the product for MEMS because the characteristics of the magnet tend to appear poor have.

본 발명의 목적은 증착에 의해 나노 사이즈의 두께로 박막증착되어도 자성특성이 강화되는 나노 사이즈의 강자성체 입자를 함유한 나노복합층 영구자석 박막을 제공함에 있다.It is an object of the present invention to provide a nanocomposite permanent magnet thin film containing nano-sized ferromagnetic particles that have enhanced magnetic properties even when thin-film deposited to a nano-sized thickness by vapor deposition.

본 발명의 다른 목적은 두께 조절이 용이하고 자성체의 특성이 강화되도록 박막증착되는 나노 사이즈의 강자성체 입자를 함유한 나노복합층 영구자석 박막의 제조방법을 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a nanocomposite permanent magnet thin film containing nano-sized ferromagnetic particles that are easily deposited and thin film deposited to enhance the properties of the magnetic material.

상술한 목적을 구현하는 본 발명은 스퍼터링 증착에 의해 기판 상에 비정질상의 SmCo5박막층과 Co층이 소정 두께로 증착 반복되어 SmCo5/Co/SmCo5/Co의 다층구조로 박막증착되고, 여자 상태로 어닐링되어 상 분해된 SmCo5/Sm2Co17입자가 Co 입자와 상호 교환 결합된 복합구조를 갖게 된다.According to the present invention for realizing the above object, an amorphous SmCo 5 thin film layer and a Co layer are repeatedly deposited to a predetermined thickness on a substrate by sputter deposition to deposit a thin film in a multilayer structure of SmCo 5 / Co / SmCo 5 / Co, and an excited state. The SmCo 5 / Sm 2 Co 17 particles, which are annealed to and are phase-decomposed, have a complex structure in which the Co particles are interchangeably bonded.

여기서, 상기 비정질상의 SmCo5박막층 두께는 10 ~ 30nm 범위에서, 그리고 Co층의 두께는 5 ~ 15nm 범위에서 적절히 조정될 수 있고, 또 다층 구조는 10 ~ 20층 범위에서 임의로 선택될 수 있다.Here, the amorphous SmCo 5 thin film layer thickness may be appropriately adjusted in the range of 10 to 30 nm, and the thickness of the Co layer in the range of 5 to 15 nm, and the multilayer structure may be arbitrarily selected in the range of 10 to 20 layers.

상기와 같은 본 발명은 진공 분위기에서 기판온도를 상온으로 유지하면서 SmCo5조성의 타겟으로 SmCo5층을 증착하고, 그 위로 다시 Co층을 증착 박막증착하는 과정을 수회 반복하여 다층 박막이 박막증착되게 하는 단계와, 상기 다층 박막증착된 기판을 진공 어닐링로에서 불활성 분위기로 어닐링을 실시하되, 어닐링 중에 외부에서 자장을 기판의 면과 평행한 방향으로 가하여 여자 되게 한 채로 적당 시간 어닐링하는 단계를 통해 얻어진다.In the present invention as described above, the SmCo 5 layer is deposited as a target of the SmCo 5 composition while maintaining the substrate temperature at room temperature in a vacuum atmosphere, and the Co layer is deposited on the multilayer thin film by repeatedly depositing the multilayer thin film. And annealing the multi-layered thin film deposited substrate in an inert atmosphere in a vacuum annealing furnace, and applying the magnetic field from the outside in a direction parallel to the surface of the substrate while annealing for an appropriate time while being excited. Lose.

이 때, 상기 증착 시의 진공 분위기는 4 ◎10-6Torr 이하로, 또 어닐링로의 불활성 분위기는 2기압의 Ar으로 유지시키는 것이 좋다.At this time, the vacuum atmosphere at the time of the said vapor deposition is 4 * 10 <-6> Torr or less, and it is good to maintain the inert atmosphere of an annealing furnace at 2 atmospheres of Ar.

도 1은 본 발명에 관련하여 강자성체 입자를 SmCo5/Co/Smco5/Co/ 순으로 10층을 반복한 나노 다층박막의 구조도.1 is a structural diagram of a nano multilayer thin film repeating 10 layers of ferromagnetic particles in the order of SmCo 5 / Co / Smco 5 / Co / in accordance with the present invention.

도 2는 나노 복합층 내부에 형성된 나노 자성입자의 생성을 보이는 고분해능 전자현미경 구조도.Figure 2 is a high resolution electron microscope structure showing the production of nano-magnetic particles formed inside the nanocomposite layer.

도 3은 나노 스케일의 SmCo5및 Sm2Co17입자를 함유하는 나노 복합층 영구지석 박막의 특성을 나타내는 히스테리시스 곡선.FIG. 3 is a hysteresis curve showing the properties of a nanocomposite permanent zeolite thin film containing nanoscale SmCo 5 and Sm 2 Co 17 particles.

도 4는 적용되는 강자성체 입자로서 SmCo5나노입자를 함유한 나노 단층박막의 고분해능 전자현미경 사진.Figure 4 is a high resolution electron micrograph of the nano-monolayer thin film containing SmCo 5 nanoparticles as the ferromagnetic particles applied.

도 5는 나노 스케일의 SmCo5단층 박막의 영구자석 특성을 나타내는 히스테리시스 곡선.5 is a hysteresis curve showing the permanent magnet characteristics of the nano-scale SmCo 5 single layer thin film.

본 발명의 나노 사이즈의 강자성체 입자를 함유한 나노복합층 영구자석 박막은 RF/DC 스퍼터링 장치에서 SmCo5조성의 화합물을 타겟으로 하여 Si 웨이퍼 기판 상에 나노 사이즈의 비정질 SmCo5층을 증착 박막증착하고, 이어서 순도 99.99% 이상의 Co 타겟을 사용하여 상기 비정질 SmCo5층 상에 Co층을 역시 스퍼터링 증착하여 나노 사이즈로 박막증착되게 한다.Nanocomposite permanent magnet thin film containing nano-sized ferromagnetic particles of the present invention by depositing a nano-sized amorphous SmCo 5 layer on a Si wafer substrate by targeting a compound of SmCo 5 composition in an RF / DC sputtering device Subsequently, a Co layer was also sputter-deposited on the amorphous SmCo 5 layer using a Co target of 99.99% or more purity to deposit a thin film in nano size.

이러한 박막증착 공정을 5회 반복하면 SmCo5/Co/SmCo5/Co의 순서로 10층을 이루는 영구자석 박막을 얻게 된다.When the thin film deposition process is repeated five times, a permanent magnet thin film having 10 layers in the order of SmCo 5 / Co / SmCo 5 / Co is obtained.

박막증착 공정에서, 초기 박막의 두께는 향후 성장할 나노분말의 입도를 결정하는데 상당히 중요한 변수로 작용하고, 최종 단계에서의 나노분말 입도는 초기 박막 두께에 거의 유사하거나 약간 밑도는 정도로 된다. 그러므로 목적하는 나노분말의 입도에 따라 초기의 박막 두께가 설정된다고 보아 별 무리가 없다.In the thin film deposition process, the thickness of the initial thin film is a very important parameter in determining the particle size of the nanopowder to be grown in the future, and the nano powder particle size at the final stage is almost similar to or slightly below the initial thin film thickness. Therefore, since the initial thin film thickness is set according to the particle size of the nanoparticles, there is no problem.

구체적 예로 10 ~ 50nm의 나노분말 입도를 얻고자 하는 경우 초기 박막의 두께는 10 ~ 50nm로 설정되어야 한다.As a specific example, in order to obtain a nano powder particle size of 10 to 50 nm, the thickness of the initial thin film should be set to 10 to 50 nm.

상기와 같이 다층으로 박막증착된 비정질 박막은 어닐링(annealing) 처리를 거친다.As described above, the amorphous thin film deposited as a multilayer is subjected to an annealing process.

어닐링에 의해 비정질 재료에서 나노 크기의 강자성체인 SmCo5및 Sm2Co17조성의 나노 입자가 상 분리 생성되게 하는 결과를 낳는다.Annealing results in phase separation of nano-sized ferromagnetic SmCo 5 and Sm 2 Co 17 compositions in amorphous materials.

이 때, 어닐링 온도는 생성된 나노 사이즈의 강자성체 입도를 결정하는 인자로 됨과 동시에 SmCo5와 Sm2Co17의 부피분율을 결정하는 인자로도 작용한다.At this time, the annealing temperature is a factor that determines the particle size of the ferromagnetic material of the nano-size produced, and also acts as a factor for determining the volume fraction of SmCo 5 and Sm 2 Co 17 .

상기 어닐링 시의 온도는 증착된 재료에 따라 다소 차이가 있을 수 있으나 대체로 500~800℃ 범위에서 행해질 수 있다.The temperature during the annealing may vary slightly depending on the deposited material, but may be generally performed in the range of 500 to 800 ° C.

더 구체적으로는 영구자석 박막의 재료와 적층 수 및 각 층의 두께에 관련하여 세밀하게 설정될 수도 있으며, 더욱 중요한 점은 어닐링 과정에서 시료의 면 방향으로 2 ~ 5KG의 자장을 외부에서 가하여 여자(勵磁)시켜서 어닐링 과정 중에 생성되는 나노 크기의 자성체 입자가 일정 방향으로 나열되게 하는 것이다.More specifically, it may be set in detail with respect to the material, the number of layers of the permanent magnet thin film, and the thickness of each layer, and more importantly, by applying a magnetic field of 2 to 5KG from the outside in the direction of the sample during annealing, Iii) the nano-sized magnetic particles produced during the annealing process are arranged in a certain direction.

상기 어닐링 과정에서 비정질 상태의 화합물은 SmCo5입자와 Sm2Co17입자로 상 분해 한다. 이때 보자력은 작으나 자기모멘트가 큰 나노 크기의 Co 입자도 생성되어, 강자성체인 SmCo5/Sm2Co17입자와 약자성체인 Co 입자 간의 상호 교환작용(exchange coupling)에 의해 복합구조를 갖게 된다.In the annealing process, the amorphous compound phase-decomposes into SmCo 5 particles and Sm 2 Co 17 particles. In this case, co-sized nanoparticles having a small coercive force but a large magnetic moment are also generated, and have a complex structure by interchange coupling between ferromagnetic SmCo 5 / Sm 2 Co 17 particles and weak magnetic Co particles.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples.

실시 예Example

RF/DC 스퍼터링 장치의 초기진공을 4 ×10-6Torr 이하로 하고, 기판온도를 상온으로 유지하면서 SmCo5조성의 타겟을 사용하여, SmCo5층의 두께를 30nm로 설정하고 박막 증착을 실시하여 소망하는 상태의 박막증착을 이루었다. 이 때 사용한 기판은 Si 웨이퍼 다결정 재료이다.The initial vacuum of the RF / DC sputtering apparatus was set to 4 × 10 -6 Torr or lower, and the thickness of the SmCo 5 layer was set to 30 nm using a target of SmCo 5 composition while maintaining the substrate temperature at room temperature. Thin film deposition in a desired state was achieved. The substrate used at this time is a Si wafer polycrystalline material.

다음에 상기 SmCo5층 위로 Co층을 증착 박막증착하고 반복하여 5회 증착시켜서 총 10층의 SmCo5/Co/SmCo5/Co 다층구조로 박막증착시켰다. 이때 Co층의 두께는 10nm로 설정하고 증착하였다.Next, the Co layer was deposited on the SmCo 5 layer, and the deposited thin film was repeatedly deposited five times to deposit a thin film having a total of 10 layers of SmCo 5 / Co / SmCo 5 / Co multilayers. At this time, the thickness of the Co layer was set to 10nm and deposited.

증착 종료 후 박막증착된 상기 기판을 진공 어닐링로에서 600℃ 와 630℃ 의 두 가지 유형으로 어닐링을 실시하되, 어닐링실의 내부 분위기는 2기압의 Ar 분위기로 조성하고 또한 어닐링 중에 외부에서 4.5kG의 자장을 기판의 면 방향과 평행한 방향으로 여자(勵磁) 되게 한 채로 10분간 어닐링하였다.After the deposition is completed, the thin film deposited substrate is annealed in two types of vacuum annealing furnaces, 600 ° C. and 630 ° C., and the internal atmosphere of the annealing chamber is composed of 2 atmospheres of Ar atmosphere, and 4.5 kG externally during the annealing. The magnetic field was annealed for 10 minutes while being excited in a direction parallel to the plane direction of the substrate.

얻어진 다층 영구자석 박막의 고분해능 전자현미경 사진은 도 1과 같이 나타났으며, 상 분해에 의해 생성된 나노 사이즈의 강자성체 입자는 도 2의 원으로 표시된 범주 내와 같이 존재하였다.The high resolution electron micrograph of the obtained multilayer permanent magnet thin film was shown in FIG. 1, and the nano-sized ferromagnetic particles produced by phase decomposition existed as shown in the circle indicated in FIG. 2.

비교 실시 예 1Comparative Example 1

본 발명에서 어닐링 중의 자장 여자에 따른 효과 여부를 검증하기 위하여 상기 실시 예와 동일한 조건으로 행하되, 다만 여자하지 않은 상태로 600℃ 와 630℃ 에서 어닐링하여 다층상의 영구자석 박막을 얻었다.In the present invention, in order to verify the effect according to the magnetic field excitation during annealing was carried out under the same conditions as in the above embodiment, but the annealing at 600 ℃ and 630 ℃ in an unexcited state to obtain a multilayer permanent magnet thin film.

상기 실시 예와 비교 실시 예 1을 통해 얻어진 영구자석 박막의 자기 특성에 관련된 히스테리시스 곡선은 측정 결과 도 3의 도시와 같았다.The hysteresis curves related to the magnetic properties of the permanent magnet thin film obtained through the above Example 1 and Comparative Example 1 were as shown in FIG. 3.

측정 된 히스테리 곡선을 보면, 온도 600℃ 에서 어닐링한 것은 자장을 가하여 여자되게 한 경우가 훨씬 우수한 자기특성을 나타냈으며, 특히 보자력이 0.4Tesla에서 0.75Tesla로 약 1.7배 증가하였고, 또 여자 시켜 어닐링한 것의 경우는 온도가 높은 630℃ 에서 행한 것의 보자력은 0.7Tesla 이상이지만, 600℃ 에서 행한 것의 보자력은 0.3Tesla로 나타나 높은 온도에서의 어닐링이 약 2배의 자기특성 향상 효과를 낳음을 보여 주고 있다.From the measured hysteresis curve, the annealing at 600 ℃ showed much better magnetic properties when the magnetic field was excited, especially the coercivity increased by about 1.7 times from 0.4Tesla to 0.75Tesla. In the case of the one, the coercive force at the temperature of 630 ° C. was 0.7 Tesla or higher, but the coercive force at the temperature of 600 ° C. was 0.3 Tesla, indicating that annealing at high temperature produced about twice as much magnetic properties.

이러한 특성 향상은 나노 두께의 복합 자성층이 어닐링 과정에서 외부 자장의 영향으로 여자되어 Co의 일방향 이동현상이 활발히 진행됨에 따라 SmCo5나노 입자와 Sm2Co17입자의 상 분해가 촉진되고, 또한 화합물에 연관되지 않은 Co 원자가 스스로 성장하여 SmCo5강자성체와 Co 입자간의 물리적인 상호 교환작용을 일으키게 되어 강자성체/약자성체 간의 상호 보완의 결과로 영구자석 박막의 특성이 향상되는 것이다.This improvement is due to the fact that nano-composite magnetic layer is excited by the influence of an external magnetic field during annealing, and thus unidirectional movement of Co promotes phase decomposition of SmCo 5 nanoparticles and Sm 2 Co 17 particles. The unrelated Co atoms grow on their own, causing physical interaction between the SmCo 5 ferromagnetic material and the Co particles, thereby improving the properties of the permanent magnet thin film as a result of complementation between the ferromagnetic and weak magnetic materials.

비교 실시 예 2Comparative Example 2

본 발명에서, 영구자석 박막의 복합 구조가 자기 특성에 어떤 영향을 끼치는가를 검증하기 위하여 다음과 같이 단일 영구자석 박막을 박막증착시켰다.In the present invention, in order to verify how the composite structure of the permanent magnet thin film affects the magnetic properties, a single permanent magnet thin film was deposited as follows.

RF/DC 스퍼터링 장치의 초기진공을 4 × 10-6Torr 이하로 조성하여 놓고, 기판온도를 상온으로 유지하면서 SmCo5조성의 타겟을 사용하여 SmCo5층을 두께 30 nm로 증착해서 소망의 박막을 얻었다. 증착 종료 후 상기 기판을 진공 어닐링로에서 600℃ 와 630℃ 의 두 가지 유형으로 어닐링을 실시하되, 어닐링 분위기는 2기압의Ar 분위기로 조성하고 또한 어닐링 중에 외부에서 4.5kG의 자장을 기판의 면 방향과 평행한 방향으로 10분간 여자(勵磁) 시켰다.The initial vacuum of the RF / DC sputtering apparatus is set to 4 × 10 -6 Torr or lower, and the SmCo 5 layer is deposited to a thickness of 30 nm using a target of SmCo 5 composition while maintaining the substrate temperature at room temperature. Got it. After deposition, the substrate is annealed in vacuum annealing furnace in two types, 600 ° C. and 630 ° C., but the annealing atmosphere is set to 2 atmospheres of Ar atmosphere, and the magnetic field of 4.5 kG is externally directed during the annealing in the plane direction of the substrate. Excitation was carried out for 10 minutes in the direction parallel to.

상기 SmCo5조성의 30nm 단층막을 어닐링 한 후 생성된 SmCo5의 나노 사이즈 영구자석 박막의 강자성체 입자 분포를 고분해능 전자현미경 사진으로 촬영한 결과는 도 4와 같다.The results of photographing the ferromagnetic particle distribution of the SmCo 5 nano-sized permanent magnet thin film produced after annealing the 30 nm single layer film of SmCo 5 composition by high resolution electron micrographs are shown in FIG. 4.

또, 영구자석 박막의 특성에 관련된 히스테리시스 곡선(탈자화 곡선)은 도 5와 같이 나타났다.In addition, the hysteresis curve (demagnetization curve) related to the characteristics of the permanent magnet thin film was shown in FIG. 5.

비교 실시 예 3Comparative Example 3

상기 비교 실시 예 2와 동일한 조건으로 박막증착하고, 무여자 상태로 600℃ 로 10분간 어닐링하여 단일 층 구조의 영구자석 박막을 얻었다.A thin film was deposited under the same conditions as in Comparative Example 2, and annealed at 600 ° C. for 10 minutes in an unexcited state to obtain a permanent magnet thin film having a single layer structure.

상술한 비교 실시 예 2, 3에 의해 얻어진 영구자석 박막의 특성을 측정하고 대조한 결과는 다음 표 1과 같았다.The results of measuring and contrasting the properties of the permanent magnet thin films obtained in Comparative Examples 2 and 3 described above are shown in Table 1 below.

비 교 항 목Compare 잔류자화 (10-3emu)Residual Magnetization (10 -3 emu) 보자력 (Tesla)Coercivity (Tesla) 비 고Remarks 비교 실시 예 2Comparative Example 2 1.81.8 4.14.1 600 ℃ 여자 어닐링, 10분600 ℃ female annealing, 10 minutes 비교 실시 예 2Comparative Example 2 1.41.4 3.73.7 630℃ 여자 어닐링, 10분630 ℃ Female Annealing, 10 minutes

비교 실시 예 3Comparative Example 3 2.22.2 4.74.7 600℃ 무여자 어닐링, 10분600 ℃ unannealed annealing, 10 minutes

상기 표 1에서와 같이 나노 두께의 단층 SmCo5층인 경우는 동일한 온도와 시간으로 어닐링하되, 외부 자장으로 여자 시키지 않은 것이 오히려 우수한 자기 특성을 나타냈다. 한편, 외부 자장에 의한 여자 상태에서의 어닐링에서도 온도가 높은 것이 낮은 것 보다 우수한 자기 특성을 나타냈다.In the case of the single-layer SmCo 5 layer of the nano-thickness as shown in Table 1, the annealing at the same temperature and time, but did not excite by an external magnetic field exhibited excellent magnetic properties. On the other hand, even in the annealing in the excited state by the external magnetic field, the higher temperature showed better magnetic properties than the lower one.

이와 같이 어닐링의 온도는 높게 설정하는 것이, 또 단층 박막보다는 다층의 복합 구조가, 그리고 복합 구조인 경우는 무여자 어닐링 보다 여자 시킨 상태의 어닐링을 행하는 것이 우수한 자기 특성을 가진다.In this way, the annealing temperature is set to be high, and the multilayered composite structure rather than the single layer thin film, and in the case of the composite structure, has an excellent magnetic property in performing the annealing in the excited state than the unexcited annealing.

상술한 바와 같이 본 발명은 나노 스케일의 영구자석 박막을 성장하기 위해 강자성체(SmCo5)와 약자성체(Co)의 반복구조를 나노 두께로 증착 박막증착하고 외부에서 자장을 가하여 여자된 상태에서 어닐링함에 따라 초기 성장한 각 층의 두께에 비례하여 나노 입자의 강자성체가 생성되면서 일방향으로 이동된 약자성체 입자와 상호 교환결합되어짐으로써 단일층의 박막으로 박막증착되는 것에 비해 월등히 우수한 자기 특성을 가지는 영구자석 박막을 얻게 된다.As described above, in order to grow a nanoscale permanent magnet thin film, a repetitive structure of ferromagnetic material (SmCo 5 ) and weak magnetic material (Co) is deposited at a nano-thickness, and the thin film is deposited and annealed in an excited state by applying a magnetic field from the outside. As a result, the ferromagnetic material of the nanoparticles is produced in proportion to the thickness of each layer that is initially grown. The permanent magnetic thin film having excellent magnetic properties is superior to that of the thin film deposited as a single layer by being interchanged with the weak magnetic particles moved in one direction. You get

이에 따라 증착에 의해 나노 사이즈의 두께로 박막증착되어도 자성 특성이 강화되는 나노 사이즈의 강자성체 입자를 함유한 나노복합층 영구자석 박막을 구현할 수 있고, 또 층 두께 조절도 용이하게 할 수 있어서 나노 사이즈의 영구자석 박막에 특히 적합한 것이다.Accordingly, a nanocomposite permanent magnet thin film containing nano-sized ferromagnetic particles, which enhances magnetic properties even when thin films are deposited to a nano-sized thickness by vapor deposition, can be realized, and the layer thickness can be easily adjusted. It is particularly suitable for permanent magnet thin films.

Claims (5)

스퍼터링 증착에 의해 기판 상에 비정질상의 SmCo5박막층과 Co층이 소정 두께로 증착 반복되어 SmCo5/Co/SmCo5/Co의 다층구조로 박막증착되고, 여자 상태로 어닐링되어 상 분해된 SmCo5/Sm2Co17입자가 Co 입자와 상호 교환 결합된 복합구조를 갖는 나노 사이즈의 강자성체 입자를 함유한 나노복합층 영구자석 박막.The amorphous SmCo 5 thin film layer and the Co layer were repeatedly deposited to a predetermined thickness on the substrate by sputter deposition to deposit a thin film in a multilayer structure of SmCo 5 / Co / SmCo 5 / Co, and annealing in an excited state to decompose the SmCo 5 / A nanocomposite permanent magnet thin film containing nano-sized ferromagnetic particles having a complex structure in which Sm 2 Co 17 particles are interchangeably bonded with Co particles. 제 1 항에 있어서, 상기 비정질상의 SmCo5박막층 두께가 10 ~ 30nm이고, Co층의 두께가 5 ~ 15nm 범위로 설정된 것임과 아울러 10 ~ 20층의 다층 구조를 갖는 것임을 특징으로 하는 나노 사이즈의 강자성체 입자를 함유한 나노복합층 영구자석 박막.The nano-sized ferromagnetic material according to claim 1, wherein the amorphous SmCo 5 thin film layer has a thickness of 10 to 30 nm, the Co layer has a thickness of 5 to 15 nm, and has a multilayer structure of 10 to 20 layers. Nanocomposite permanent magnet thin film containing particles. 진공 분위기에서 기판온도를 상온으로 유지하면서 SmCo5조성의 타겟으로 SmCo5층을 증착하고, 그 위로 다시 Co층을 증착 박막증착하는 과정을 수회 반복하여 다층 박막이 박막증착되게 하는 단계;Depositing a layer of SmCo 5 as a target having a composition of SmCo 5 while maintaining the substrate temperature at a room temperature in a vacuum atmosphere, and repeating the process of depositing a Co layer on the deposition layer several times to allow the multilayer thin film to be deposited; 상기 다층 박막증착된 기판을 진공 어닐링로에서 불활성 분위기로 어닐링을 실시하되, 어닐링 중에 외부에서 자장을 기판의 면과 평행한 방향으로 가하여 여자 되게 한 채로 적당 시간 어닐링하는 단계로 행해지는 나노 사이즈의 강자성체 입자를 함유한 나노복합층 영구자석 박막의 제조방법.The nano-layered ferromagnetic material is annealed in a vacuum annealing furnace in an inert atmosphere, but annealed for a suitable time while the magnetic field is applied in a direction parallel to the surface of the substrate while the annealing is performed for an appropriate time. Method for producing a nanocomposite permanent magnet thin film containing particles. 제 3 항에 있어서, 상기 증착 시의 진공 분위기가 4 ×10-6Torr 이하로 설정된 것이 특징인 나노 사이즈의 강자성체 입자를 함유한 나노복합층 영구자석 박막의 제조방법.The method of manufacturing a nanocomposite permanent magnet thin film containing nano-sized ferromagnetic particles according to claim 3, wherein the vacuum atmosphere during deposition is set to 4 × 10 −6 Torr or less. 제 3 항에 있어서, 상기 어닐링로의 불활성 분위기는 2기압의 Ar으로 유지되게 한 것이 특징인 나노 사이즈의 강자성체 입자를 함유한 나노복합층 영구자석 박막의 제조방법.The method of manufacturing a nanocomposite permanent magnet thin film containing nano-sized ferromagnetic particles according to claim 3, wherein the inert atmosphere of the annealing furnace is maintained at 2 atmospheres of Ar.
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KR102249248B1 (en) * 2020-04-24 2021-05-06 성균관대학교산학협력단 METHOD OF MANUFACTURING Sm-Co PERMANENT MAGNET

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