(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性材料の製造方法であって、
（ａ）基板を提供するステップと、
（ｂ）低エネルギー磁性イオンを前記基板に注入するステップと、
（ｃ）大気圧未満のチャンバー中で、前記注入された基板を荷電粒子ビームでピーク温度まで加熱することにより、前記注入された磁性イオンを凝集させて磁性ナノクラスターを形成し、前記注入された基板の温度を低下させて、前記磁性材料を得るステップと、
を含み、
前記ステップ（ｂ）中、２種類以上のイオンが逐次注入される、方法。
【請求項２】
前記ステップ（ｃ）中、前記ピーク温度を所定の時間維持する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記基板が絶縁体である、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記基板が絶縁性の酸化物または窒化物である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記基板が、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、および窒化ケイ素からなる群から選択される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記磁性イオンが、鉄、コバルト、ニッケル、サマリウム、ネオジム、およびクロムからなる群から選択される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記磁性イオンが、鉄およびコバルト、またはサマリウムおよびコバルトである、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記ステップ（ｂ）中、前記磁性イオンが前記基板の深さ１００ｎｍまで浸透する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記磁性イオンが１．０×１０１５イオン／ｃｍ２〜５．０×１０１６イオン／ｃｍ２の間のフルエンスで注入される、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記荷電粒子ビームが電子ビームである、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
電気絶縁基板中に磁性ナノクラスターを含む磁性材料の製造方法であって、
（ａ）前記電気絶縁基板を提供するステップと、
（ｂ）鉄、コバルト、ニッケル、サマリウム、ネオジム、およびクロムのイオンからなる群から選択される第１の低エネルギーイオン種を５ｎｍ〜１００ｎｍの間の深さまで前記基板に注入し、
鉄、コバルト、ニッケル、サマリウム、ネオジム、クロム、酸素、およびホウ素のイオンからなる第２の群から選択される１種類以上の低エネルギーイオン種を５ｎｍ〜１００ｎｍの間の深さまで前記基板に注入するステップであって、前記第２の群から選択される前記種が、前記第１の種とは異なるステップと、
（ｃ）１×１０−６ｍｂａｒ未満の圧力のチャンバー中で、前記注入されたイオンが凝集して磁性ナノクラスターを形成するように、前記注入された基板を電子ビームで５００℃〜１４００℃の間のピーク温度まで加熱し、前記注入された基板の温度を低下させて、前記磁性材料を得るステップと、を含む、方法。
【請求項１２】
前記ステップ（ｃ）中、前記ピーク温度を所定の時間維持する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
電気絶縁基板中に磁性ナノクラスターを含む磁性材料の製造方法であって、
（ａ）前記電気絶縁基板を提供するステップと、
（ｂ）鉄、コバルト、ニッケル、サマリウム、ネオジム、およびクロムのイオンからなる群から選択される第１の低エネルギーイオン種を５ｎｍ〜１００ｎｍの間の深さまで前記基板に注入し、
鉄、コバルト、ニッケル、サマリウム、ネオジム、クロム、酸素、およびホウ素のイオンからなる第２の群から選択される１種類以上の低エネルギーイオン種を５ｎｍ〜１００ｎｍの間の深さまで前記基板に注入するステップであって、前記第２の群から選択される前記種が、前記第１の種とは異なるステップと、
（ｃ）１×１０−６ｍｂａｒ未満の圧力のチャンバー中で、前記注入されたイオンが凝集して磁性ナノクラスターを形成するのに有効なピーク温度および時間で、前記注入された基板を電子ビームで加熱し、前記注入された基板の温度を低下させて、前記磁性材料を得るステップと、を含む、方法。
【請求項１４】
正の磁気抵抗比を有する磁性材料を含む磁気電気デバイスの製造方法であって、
前記磁性材料は、
（ａ）絶縁基板を提供するステップと、
（ｂ）低エネルギー磁性イオンを前記基板に注入するステップと、
（ｃ）大気圧未満のチャンバー中で、前記注入された基板を電子ビーム、プロトンビームまたは陽電子ビームでピーク温度まで加熱することにより、前記注入された磁性イオンを凝集させて磁性ナノクラスターを形成し、前記注入された基板の温度を低下させて、前記磁性材料を得るステップと、を含む方法により製造される、磁気電気デバイスの製造方法。
【請求項１５】
前記ステップ（ｃ）中、前記ピーク温度を所定の時間維持する、請求項１４に記載の磁気電気デバイスの製造方法。
【請求項１６】
前記磁気電気デバイスは、マグネトレジスターまたは磁気センサーである、請求項１４または１５に記載の磁気電気デバイスの製造方法。
【請求項１７】
前記磁気電気デバイスは、マイクロまたはナノ電気機械システム中に組み込まれる、請求項１４〜１６のいずれか一項に記載の磁気電気デバイスの製造方法。
【請求項１８】
前記磁気抵抗比は、磁性材料の表面に対して垂直な場で測定したとき、変化の大きさが、４テスラの印加場の場合３００Ｋにおいて最大２０％および１００Ｋにおいて最大９０％、または、８テスラの印加場の場合３００Ｋにおいて最大４０％である、請求項１４〜１７のいずれか一項に記載の磁気電気デバイスの製造方法。
【請求項１９】
前記基板が絶縁性の酸化物または窒化物である、請求項１４〜１８のいずれか一項に記載の磁気電気デバイスの製造方法。
【請求項２０】
前記基板が、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、および窒化ケイ素からなる群から選択される、請求項１４〜１９のいずれか一項に記載の磁気電気デバイスの製造方法。
【請求項２１】
前記磁性イオンが、鉄、コバルト、ニッケル、サマリウム、ネオジム、およびクロムからなる群から選択される、請求項１４〜２０のいずれか一項に記載の磁気電気デバイスの製造方法。
【請求項２２】
前記ステップ（ｂ）中、２種類以上のイオンが逐次注入される、請求項１４〜２１のいずれか一項に記載の磁気電気デバイスの製造方法。
【請求項２３】
前記ステップ（ｂ）中、前記磁性イオンが前記基板の深さ１００ｎｍまで浸透する、請求項１４〜２２のいずれか一項に記載の磁気電気デバイスの製造方法。
【請求項２４】
前記磁性イオンが１．０×１０１５イオン／ｃｍ２〜５．０×１０１６イオン／ｃｍ２の間のフルエンスで注入される、請求項１４〜２３のいずれか一項に記載の磁気電気デバイスの製造方法。
【請求項２５】
前記ビームが電子ビームである、請求項１４〜２２のいずれか一項に記載の磁気電気デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は磁性材料に関する。より具体的には，排他的なものではないが、本発明は、イオン注入およびアニールによって磁性材料を製造する方法、それらの方法によって製造された材料、およびたとえば磁気センサーなどの磁気電子デバイス中へのこのような材料の応用に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロエレクトロニクスの開発は、小型化および集積化の両方に焦点が当てられることが多い。小型化によって、半導体基板上に数ナノメートルの寸法の部品を高密度で有する電子回路が得られる。一部の用途では、磁気検出素子の集積化が望ましい。
【０００３】
ナノ構造は、独特の性質を有し、化学センシング、発光ダイオード、および触媒反応などの種々の用途で研究されて使用されている。磁性ナノ粒子は、磁気記憶媒体においても使用されている。
【０００４】
厚さが数ナノメートルの薄膜は、磁気読み取りヘッドなどの多くの磁気センサー用途に広く使用されている。薄膜に基づく磁気センサーは、典型的には磁気抵抗検出素子としての磁性層と非磁性層とのスタックを含む。層の電気的および磁気的性質を調整することで、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）などの材料の特定の磁気抵抗特性を向上させることができる。たとえば、外部磁場中で厚さ数ナノメートルの絶縁層によって分離された２つの強磁性（ＦＭ）層の間に電圧バイアスが印加されると、磁気トンネル接合（ＭＴＪ）が生じる。磁場によって、ＦＭ層の磁化を配向させて、スピンの異なる電子の利用可能なエネルギー準位を増加または減少させることができる。ＦＭ層の磁化が平行に設定される場合、より多くの電子が一方のＦＭ層から他方へ流れて、全体の抵抗が低下する。この機構による抵抗の変動をトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）と呼ぶ。この現象は外部磁場の影響を受けやすいため、これを磁気検出方法として使用することができる。しかし、このような薄層に基づく技術は、すべての層を形成するために多数の製造ステップが必要となるので、通常は費用がかかる。
【０００５】
ナノ構造薄膜は、ナノ構造を有する薄膜である。薄い絶縁体／誘電体マトリックス中に埋め込まれた金属ナノ構造を含むこのような膜は、量子サイズ効果に関連する独特の性質を示し、向上した磁気冷媒、高密度磁気記録媒体、および磁気抵抗デバイスとしての用途が可能となる。
【０００６】
磁性ナノ構造膜の製造に使用されている方法としては、分子線エピタキシー、ゾルゲル堆積、プラズマジェット堆積、スパッタリングイオン堆積、パルスレーザー堆積、およびクラスタービーム堆積が挙げられる。しかし、標準的な方法による製造では、ナノ構造の数、大きさ、および分布を正確に制御することができない。このため、デバイス用途の開発が制限されるが、その理由は、それぞれの用途では、通常、熱的、化学的、および磁気的性質、ならびにナノ構造の形状、大きさ、安定性、および非毒性などの正確に制御された特定の性質を必要とされるからである。
【０００７】
半導体ドーピングに関しては、イオン注入技術がよく知られている。ナノ構造は、イオン注入の後に、真空アニールを行うことによって製造される。しかし、イオン注入または堆積技術では、典型的には高金属濃度が使用され、このため製造コストが増大する。
【０００８】
埋め込みナノ構造は、イオン注入を使用して形成される。このような材料の磁気応答の大きさおよび速度は、埋め込み用のマトリックスによって減少する。マトリックスは完全に反磁性となることはできない。主としてナノ構造とマトリックスとの磁気弾性結合のために、マトリックスは、ナノ構造の磁気配向の変化速度も低下させることがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、本発明の目的の１つは、上記欠点を回避し、および／または少なくとも公衆に有用な選択を提供するための方法を提供することである。
【００１０】
本発明の他の特徴は、例としてのみ提供される以下の説明から明らかとなるであろう。
【００１１】
本明細書において、特許明細書、他の外部文書、またはその他の情報源に言及した場合、本発明の特徴を議論する状況を提供することを一般に目的としている。特に明記しない限り、このような外部文書に関する言及が、そのような文書、またはそのような情報源が、あらゆる権限において、従来技術である、または当技術分野における共通の一般知識の一部を形成することを認めるものと解釈すべきではない。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
第１の態様においては、本発明は、磁性材料の製造方法であって、
（ａ）基板を提供するステップと、
（ｂ）低エネルギー磁性イオンを基板に注入するステップと、
（ｃ）大気圧未満のチャンバー中で、注入された基板を荷電粒子ビームでピーク温度まで加熱し、場合によりピーク温度を所定の時間維持し、注入された基板の温度を低下させて、磁性材料を得るステップとを含む方法を提供する。
【００１３】
さらなる一態様においては、本発明は、実質的に本発明の方法により製造された磁性材料を提供する。
【００１４】
別の一態様においては、本発明は、基板中に磁性ナノクラスターの層を含む磁性材料を提供する。
【００１５】
別の一態様においては、本発明は、荷電粒子ビームでアニールされた磁性ナノクラスターの層を含む磁性材料を提供する。
【００１６】
別の一態様においては、本発明は、荷電粒子ビームでアニールされた磁性ナノクラスターを含む層を基板中に含む磁性材料を提供する。
【００１７】
別の一態様においては、本発明は、荷電粒子ビームでアニールされた磁性ナノクラスターを基板中に含む磁性材料を提供する。
【００１８】
別の一態様においては、本発明は、磁性ナノクラスターを含む表面近傍バンドを基板中に含む磁性材料を提供する。
【００１９】
別の一態様においては、本発明は、本発明の磁性材料を含む磁気電気デバイスを提供する。
【００２０】
別の一態様においては、本発明は、本発明の方法によって磁性材料を製造するステップを含む電子集積回路の製造方法を提供する。
【００２１】
別の一態様においては、本発明は、本発明の磁性材料を含む電子回路を提供する。別の一態様においては、本発明は、本発明の磁気電気デバイスを含む電子回路を提供する。
【００２２】
別の一態様においては、本発明は、磁気電子デバイス中に使用するための本発明の磁性材料を提供する。
【００２３】
本発明は、本出願の明細書において、個別にまたは集合的に言及または表示される部品、要素、および特徴、ならびに任意の２つ以上の前記部品、要素、または特徴の任意のまたはあらゆる組み合わせにあると広く言うこともでき、本発明が関連する技術分野において周知の同等物を有する特定の完全体が本明細書において言及される場合、そのような周知の均等物は、個別に記載されるかのように本明細書に組み入れられるものと見なされる。
【００２４】
さらに、本発明の特徴または態様がマーカッシュ群で記載される場合、それによって本発明が、そのマーカッシュ群の任意の個別の要素または要素の部分群でも記載されることを当業者は理解されよう。
【００２５】
本明細書において使用される場合、名詞の後に続く「（ｓ）」は、その名詞の複数形および／または単数形を意味する。
【００２６】
本明細書において使用される場合用語「および／または」は、「および」または「または」あるいはその両方を意味する。
【００２７】
本明細書において使用される場合、用語「ナノクラスター」は、少なくとも１つの寸法が約１ｎｍ〜約１００ｎｍの範囲内にあるクラスターを意味する。
【００２８】
本明細書において使用される場合、用語「磁性材料」は、常磁性、超常磁性、強磁性、フェリ磁性、および／または反強磁性である材料を意味する。
【００２９】
本明細書において使用される場合、用語「磁性ナノクラスター」は、常磁性、超常磁性、強磁性、フェリ磁性、および／または反強磁性であるナノクラスターを意味する。
【００３０】
本明細書において使用される場合、用語「含む」（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）は、「少なくとも部分的には〜からなる」ことを意味する。本明細書において用語「含む」を含めてそれぞれの表現を説明する場合、それ以外の特徴、すなわちその用語によって示されるもの以外の特徴も存在しうる。「含む」（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）および「含む」（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）などの関連する用語も同じ方法で解釈される。
【００３１】
本明細書において開示される数の範囲（たとえば、１〜１０）への言及は、その範囲内のすべての有理数（たとえば、１、１．１、２、３、３．９、４、５、６、６．５、７、８、９、および１０）への言及をも含み、その範囲内の実数のあらゆる範囲（たとえば、２〜８、１．５〜５．５、および３．１〜４．７）をも含むことを意図しており、したがって、本明細書において明示的に開示されるすべての部分的範囲が、これによって明示的に開示される。これらは特に意図された単なる例であり、列挙される最低値と最高値との間の数値範囲のあらゆる可能な組み合わせが、同様の方法で本出願において明示的に記載されるものと見なされるべきである。
【００３２】
本発明は、大まかには上記規定の通りであるが、本発明がそれに限定されるものではなく、以下の説明が例となる実施形態をも本発明が含むことを、当業者には理解されよう。
【００３３】
以下、図面を参照しながら本発明を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】ナノ構造コアフラックスゲートの一実施形態の概略図である。
【図２】ナノ構造モーターの一実施形態の概略図である。
【図３】アニール前後の二酸化ケイ素薄膜中の鉄の深さ濃度分布を示している。
【図４】二酸化ケイ素薄膜中の鉄ナノクラスターの表面の原子間力顕微鏡法によって測定される、アニール時間の関数としてのナノクラスターの大きさのプロットである。
【図５】５６Ｆｅ＋イオンを二酸化ケイ素薄膜に注入しアニールすることによって形成された磁性材料の表面の原子間力顕微鏡画像である。
【図６】二酸化ケイ素薄膜の表面上の鉄ナノクラスターの高解像度透過電子顕微鏡画像であり、挿入図はナノクラスターの結晶状態を示している。
【図７】５６Ｆｅ＋イオンを二酸化ケイ素薄膜に注入しアニールすることによって形成された磁性材料の透過電子顕微鏡画像である。
【図８】５６Ｆｅ＋イオンを二酸化ケイ素薄膜に注入しアニールすることによって形成された磁性材料の室温における磁化ヒステリシスループをアニール温度の関数として示している。
【図９】磁気抵抗センサーの一実施形態の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
低エネルギーイオン注入と荷電粒子ビームアニールとの組み合わせによって、表面近傍の磁性ナノクラスターバンドを基板中に含む磁性材料の製造に有利な方法が提供される。化学合成方法とは異なり、他の場合には製造後に精製処理が必要となる副生成物の形成が、この組み合わせでは一般に回避される。さらに、イオン注入およびアニール手順によって、相分離プロセスが開始し、それによって、注入される原子の深さ、分布、および数、ならびに磁性材料の製造中に得られる磁性ナノクラスターを制御することができる。
【００３６】
したがって、第１の態様においては、本発明は、磁性材料の製造方法であって、
（ａ）基板を提供するステップと、
（ｂ）低エネルギー磁性イオンを基板に注入するステップと、
（ｃ）大気圧未満のチャンバー中で、注入された基板を荷電粒子ビームでピーク温度まで加熱し、場合によりピーク温度を所定の時間維持し、注入された基板の温度を低下させて、磁性材料を得るステップとを含む方法を提供する。
【００３７】
基板
基板は、好ましくは電気絶縁体である。ある実施形態においては、基板は誘電体である。
【００３８】
基板は結晶性または非晶質であってよい。
【００３９】
ある実施形態においては、基板は、絶縁性の酸化物または窒化物である。
【００４０】
ある実施形態においては、基板は、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、窒化ケイ素、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム、および酸化ハフニウムからなる群から選択される。好ましくは、基板は、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、窒化ケイ素、および酸化マグネシウムからなる群から選択される。別の好ましい一実施形態においては、基板は、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、および窒化ケイ素からなる群から選択される。より好ましくは、基板は二酸化ケイ素または窒化ケイ素から選択される。
【００４１】
ある実施形態においては、基板は、電気絶縁体の層を第２の材料の上に含む。好適な材料は当業者に周知である。好ましい材料としては、限定するものではないが、炭素、ゲルマニウム、ケイ素、二酸化ケイ素、およびガラスなどの半導体および絶縁体が挙げられる。
【００４２】
ある実施形態においては、基板は、シリコン上に二酸化ケイ素または窒化ケイ素の層を含む。
【００４３】
基板はドープされない場合もあるし、または基板の少なくとも１つの層を、周知のドーピング技術によって改質することもできる。
【００４４】
ある実施形態においては、基板は、水素、ヘリウム、リチウム、またはベリリウムのイオンがドープされる。ある好ましい実施形態においては、基板は、水素イオンまたはヘリウムイオンがドープされる。基板は、たとえばイオン注入によってドープすることができる。
【００４５】
したがって、ある実施形態においては、本発明の方法は、ステップ（ｂ）の前に、水素、ヘリウム、リチウム、またはベリリウムのイオンを基板に注入することによる基板のプレドーピングの追加のステップをさらに含む。場合により、プレドープされた基板は、低エネルギー磁性イオンを注入する前にアニールすることができる。
【００４６】
イオン注入
イオン注入は、ある材料のイオンを別の固体に注入し、それによってその固体の性質を変化させるプロセスである。これらのイオンは、イオンがターゲットとは異なる元素の場合があるのでターゲットの化学変化と、ターゲットの結晶構造が損傷またはさらには破壊されうるので構造変化との両方を誘発する。
【００４７】
イオン注入装置は、当技術分野において周知であり、典型的には、イオン源、選択されたエネルギーまでイオンが静電的に加速される加速器、ビーム誘導システム、および注入される基板であるターゲットにイオンを衝突させるターゲットチャンバーを含む。
【００４８】
好ましくは、低エネルギー磁性イオンを注入するステップは、低エネルギー磁性イオンの質量分離収束ビームを使用する。ある好ましい実施形態においては、ビームは同位体分離される。
【００４９】
ある好ましい実施形態においては、低エネルギー磁性イオンを注入するステップが室温で行われる。別の実施形態においては、注入は低温または高温で行われる。温度制御されたイオン注入技術は当技術分野において周知である。
【００５０】
磁性イオンは磁気モーメントを有する。好ましくは、磁性イオンは、鉄、コバルト、ニッケル、サマリウム、ネオジム、およびクロムからなる群から選択される。
【００５１】
ある好ましい実施形態においては、磁性イオンは、鉄、コバルト、サマリウム、およびニッケルからなる群から選択される。
【００５２】
ある好ましい実施形態においては、磁性イオンは、鉄、コバルト、およびニッケルからなる群から選択される。
【００５３】
本発明は、２種類以上のイオンが逐次注入される実施形態をも考慮している。当業者には認識されているように、磁性ナノクラスターを形成するために、本発明の方法中に、独立して、またはイオンから形成されるナノクラスターの一部として、０ではない磁気モーメントを有するように、注入イオンが適切な電子構成を有する必要がある。すなわち、注入イオン、および結果として得られるナノクラスターは不対電子を有する必要がある。適切な電子配置を有しない原子は、独自に０ではない磁気モーメントを有することができず、適切な電子配置を有する別の原子を有する磁性ナノクラスターのみを形成することができる。
【００５４】
したがって、これらの実施形態においては、すべてのイオンが磁性を有してもよいし、１種類のイオンのみが磁性を有してもよい。これらの実施形態においては、イオンは好ましくは鉄、コバルト、ニッケル、サマリウム、ネオジム、クロム、酸素、およびホウ素からなる群から選択される。これらの実施形態においては、イオンはより好ましくは鉄、コバルト、およびサマリウムからなる群から選択される。
【００５５】
たとえば、酸化鉄の磁性ナノクラスターを基板中に形成することが望ましい実施形態においては、鉄イオンおよび酸素イオンを逐次注入することができる。
【００５６】
同様に、鉄／コバルトまたはサマリウム／コバルトの磁性ナノクラスターを基板中に形成することが望ましい実施形態においては、鉄イオンおよびコバルトイオン、あるいはサマリウムイオンおよびコバルトイオンを逐次注入することができる。
【００５７】
ある好ましい実施形態においては、イオンビームは一価のイオンからなるが、本発明がそれに限定されるものではない。たとえば、注入イオンが鉄である一部の実施形態においては、注入イオンはＦｅ＋、Ｆｅ２＋、またはＦｅ３＋であってよい。
【００５８】
当業者には認識されているように、イオンエネルギーに到達するために、二価のイオンに必要な加速電圧は、たとえば場合の一価のイオンの場合の半分である。しかし、たとえば二価のイオンの注入中の電流密度は、イオン化エネルギーがより高くなるため、対応する一価のイオンの場合よりも低くなる。注入中のこの電流密度の低下によって、イオン流束が減少し、一価のイオンと同じフルエンスを以下のイオンで実現するために必要な時間が増加する。
【００５９】
イオン注入のための典型的なイオンエネルギーは１０〜５００ｋｅＶの範囲内である。しかし、本発明の方法においては、イオンが約５ｎｍ〜約１００ｎｍの間の深さまでのみ基板に浸透することが好ましい。別の好ましい実施形態においては、イオンは約５ｎｍ〜約５０ｎｍの間の深さまで基板に浸透する。
【００６０】
別の実施形態においては、イオンは約５ｎｍ〜約４０ｎｍの間、約５ｎｍ〜約３０ｎｍの間、または約５ｎｍ〜約２０ｎｍの間の深さまで基板に浸透する。
【００６１】
別の実施形態においては、イオンは、最大約５ｎｍ、約１０ｎｍ、約１５ｎｍ、約２０ｎｍ、約２５ｎｍ、約３０ｎｍ、約３５ｎｍ、約４０ｎｍ、約４５ｎｍ、約５０ｎｍ、約５５ｎｍ、約６０ｎｍ、約６５ｎｍ、約７０ｎｍ、約７５ｎｍ、約８０ｎｍ、約８５ｎｍ、約９０ｎｍ、約９５ｎｍ、または約１００ｎｍの深さまで基板に浸透する。
【００６２】
したがって、イオンエネルギーは比較的低く、一般に約１ｋｅＶ〜約１００ｋｅＶの間である。これより低いエネルギーでは、ターゲットの損傷が非常にわずかとなり、これはイオンビーム堆積と一般に記載される。
【００６３】
ある実施形態においては、イオンビームは基板に対して実質的に垂直である。
【００６４】
好ましくは、イオンは約７０ｋｅＶ未満のビームエネルギーで注入される。ある実施形態においては、イオンは約５ｋｅＶ〜約７０ｋｅＶの間のビームエネルギーで注入される。あるいは、イオンは約５ｋｅＶ〜約５０ｋｅＶの間のビームエネルギーで注入することができる。別の好ましい実施形態においては、イオンは、約５０ｋｅＶ未満、約４５ｋｅＶ未満、約４０ｋｅＶ未満、約３５ｋｅＶ未満、約３０ｋｅＶ未満、約２５ｋｅＶ未満、約２０ｋｅＶ未満、または約１５ｋｅＶ未満のビームエネルギーで注入される。別の好ましい実施形態においては、イオンは、約５０ｋｅＶ未満、約４５ｋｅＶ未満、約４０ｋｅＶ未満、約３５ｋｅＶ未満、約３０ｋｅＶ未満、約２５ｋｅＶ未満、または約２０ｋｅＶ未満のビームエネルギーで注入される。別の好ましい実施形態においては、イオンは、約５０ｋｅＶ以下、約４５ｋｅＶ以下、約４０ｋｅＶ以下、約３５ｋｅＶ以下、約３０ｋｅＶ以下、約２５ｋｅＶ以下、約２０ｋｅＶ以下、または約１５ｋｅＶ以下のビームエネルギーで注入される。別の好ましい実施形態においては、イオンは、約５０ｋｅＶ以下、約４５ｋｅＶ以下、約４０ｋｅＶ以下、約３５ｋｅＶ以下、約３０ｋｅＶ以下、約２５ｋｅＶ以下、または約２０ｋｅＶ以下のビームエネルギーで注入される。
【００６５】
ある好ましい実施形態においては、イオンは約５ｋｅＶ〜約２０ｋｅＶの間のビームエネルギーで注入することができる。
【００６６】
ある好ましい実施形態においては、イオンは約５ｋｅＶ〜約１５ｋｅＶの間のビームエネルギーで注入することができる。
【００６７】
イオンが基板に浸透する深さと、そのイオンの性質およびエネルギーならびに基板へのイオンビームの入射角との間に、ある関係が存在することは当業者であれば認識しているであろう。たとえば、１５ｋｅＶの５６Ｆｅ＋のイオンが二酸化ケイ素に垂直に入射すると、約１０ｎｍ〜約１５ｎｍの間でイオンが最高濃度となり、最大深さは約３０ｎｍとなり、７．５ｋｅＶの５６Ｆｅ＋イオンが二酸化ケイ素に入射する場合の最大深さは約１７ｎｍとなり、２０ｋｅＶの６２Ｓｍ＋イオンが二酸化ケイ素に入射する場合の最大深さは約２５ｎｍとなり、８ｋｅＶの５Ｂ＋イオンが二酸化ケイ素に入射する場合の最大深さは約６５ｎｍとなる。
【００６８】
ある好ましい実施形態においては、均一な注入を行うために、注入イオンビームが基板表面上にラスター走査される。必要なイオンフルエンスに到達した後に、注入イオンビームを停止させる。
【００６９】
イオンフルエンスは、注入中に基板に入射されるイオン流束と時間との積である。本発明のある実施形態においては、イオンフルエンスは約１．０×１０１５イオン／ｃｍ２〜約１．０×１０１７イオン／ｃｍ２の間である。ある好ましい実施形態においては、イオンフルエンスは約１．０×１０１５イオン／ｃｍ２〜約８．５×１０１６イオン／ｃｍ２の間である。ある好ましい実施形態においては、イオンフルエンスは約１．０×１０１５イオン／ｃｍ２〜約５．０×１０１６イオン／ｃｍ２の間である。別の好ましい実施形態においては、イオンフルエンスは約１．０×１０１６イオン／ｃｍ２である。
【００７０】
有利には、本発明の方法によって、注入イオンの濃度およびイオン注入の深さを正確に制御することができる。
【００７１】
荷電粒子ビームアニール
荷電粒子ビームアニールは、ステップ（ｂ）の磁性イオンの注入後の、加熱／アニールステップ（ｃ）に使用される。注入とアニールとで異なる装置が使用される実施形態においては、注入後に、基板は注入チャンバーから荷電粒子ビームアニールチャンバーに移される。移動時間は重要ではない。注入されたサンプルは、環境が制御された条件下で、すなわち低湿度で約２０℃の典型的な温度における汚染されていない環境中に数日間保管することができる。
【００７２】
荷電粒子ビームアニールは、非常に精密な技術であり、これによってターゲット（注入される基板）を、約１×１０−６ｍｂａｒ未満の残留ガス圧の高真空下で制御された方法で加熱することができる。ある好ましい実施形態においては、残留ガス圧は約２×１０−７ｍｂａｒ以下である。ある好ましい実施形態においては、残留ガス圧は約１×１０−７ｍｂａｒ以下である。
【００７３】
好ましくは、加熱／アニールステップ（ｃ）において電子ビームが使用される。
【００７４】
使用できる他の荷電粒子ビームとしては、イオンビーム、プロトンビーム、および陽電子ビームが挙げられる。ある実施形態においては、プロトンビームが加熱／アニールステップに使用される。別の実施形態においては、陽電子ビームが加熱／アニールステップに使用される。
【００７５】
ある好ましい実施形態においては、十分に不純物のない（たとえば炭化水素のない）環境をアニールステップ全体で維持するために、荷電粒子ビームアニール装置は、サンプルホルダーの近くに配置された液体窒素トラップを含む。イオン注入ステップ中に基板ターゲットに浸透し損傷するため、あらゆる不純物の影響を受けやすいので、アニール中には十分に不純物のない環境を使用することが好ましい。
【００７６】
荷電粒子ビームアニールプロセスは、典型的には室温で開始し、２つまたは３つの段階で進行する。第１の段階では、注入された基板をピーク温度まで加熱する。場合により使用される第２の段階では、ある時間の間、ピーク温度を維持する。アニールプロセスの第３の段階では、アニールチャンバーから取り出す前に、基板を室温まで冷却する。
【００７７】
荷電粒子ビームが電子ビームである実施形態においては、注入された基板はピーク温度、好ましくは約５００℃〜約１４００℃の間まで加熱され、場合によりそのピーク温度で維持され、次に室温まで冷却される。
【００７８】
注入された基板が加熱されるピーク温度は、基板の融点よりも低い。基板が結晶性である実施形態においては、ピーク温度は典型的には約１２００℃未満である。基板が非晶質である一部の実施形態においては、より高いピーク温度を使用することができる。
【００７９】
当業者であれば認識しているように、最低ピーク温度は、所望の磁性ナノクラスターが形成される相の熱力学的平衡に基づいて選択することができる。たとえば、ＳｍＣｏ５相の形成には、約１１００℃の最低ピーク温度が必要である。
【００８０】
好ましくは、加熱ステップにおいて電子ビームを基板表面上にラスター走査させる。電子ビームは、典型的には約１〜約１０ｋＨｚの間の周波数で基板上にラスター走査される。ラスター走査の周波数は、基板表面全体で温度が均一になるように一般に選択される。
【００８１】
好ましくは、電子ビームのエネルギー約２０ｋｅＶである。
【００８２】
基板は、約１℃／ｓ〜約１０００℃／ｓの間の温度勾配で加熱することができる。ある実施形態においては、温度勾配は、約１℃／ｓ〜約１００℃／ｓの間、好ましくは約１℃／ｓ〜約５０℃／ｓの間、より好ましくは約５℃／ｓ〜約２０℃／ｓの間である。
【００８３】
ある好ましい実施形態においては、ピーク温度は約６００℃〜約１２００℃の間である。別の好ましい実施形態においては、ピーク温度は約６００℃〜約１１８０℃の間である。別の好ましい実施形態においては、ピーク温度は約６００℃、約８００℃、約１０００℃、または約１１８０℃である。別の好ましい実施形態においては、ピーク温度は約６００℃、約８００℃、約９４０℃、約１０００℃、または約１１８０℃である。別の好ましい実施形態においては、ピーク温度は約６００℃、約８００℃、約９４０℃、または約１０００℃である。別の好ましい実施形態においては、ピーク温度は約６００℃、約８００℃、または約１０００℃である。
【００８４】
ＳｍＣｏ５ナノクラスターが形成されるある好ましい実施形態においては、ピーク温度は約１１８０℃である。
【００８５】
鉄、ニッケル、コバルト、鉄／コバルトまたはサマリウム／コバルトのナノクラスターが形成される別の好ましい実施形態においては、ピーク温度は約６００℃、約８００℃、約９４０℃、または約１０００℃である。
【００８６】
鉄、ニッケル、コバルト、または鉄／コバルトのナノクラスターが形成される別の好ましい実施形態においては、ピーク温度は約６００℃、約８００℃、または約１０００℃である。
【００８７】
ある実施形態においては、ピーク温度は約０秒〜約３時間の間で維持されるが、より長時間ピーク温度を維持してもよい。ある好ましい実施形態においては、ピーク温度は約５秒〜約２時間の間で維持される。
【００８８】
基板の温度は、約−１℃／ｓ〜約−２００℃／ｓの間の温度勾配で低下させることができる。ある実施形態においては、温度勾配は約−１℃／ｓ〜約−１００℃／ｓの間、好ましくは約−１℃／ｓ〜約−５０℃／ｓの間、より好ましくは約−５℃／ｓ〜約−２０℃／ｓの間である。
【００８９】
本発明のある実施形態においては、イオン注入およびアニール（ステップ（ｂ）および（ｃ））が同時に行われる。これらの実施形態においては、イオンビームおよび荷電粒子ビームの入射角は、両方のビームが基板上に同時に衝突するように選択される。
【００９０】
アニール後、基板をアニールチャンバーから取り出して周囲環境に移動させることができる。
【００９１】
荷電粒子ビームアニール中に、注入されたイオンが凝集して、基板中で磁性ナノクラスターが形成される。
【００９２】
荷電粒子ビームアニールによって、注入イオンの移動度が向上し、それによってナノクラスターが成長する。さらに、荷電粒子ビームアニールによって、基板表面が除去され、その結果、ナノクラスターが基板表面に現れる。たとえば、ラザフォード後方散乱分光法（ＲＢＳ）による分析では、１５ｋｅＶの５６Ｆｅ＋イオンを１×１０１７イオン／ｃｍ２のフルエンスで注入した二酸化ケイ素基板の厚さが、１０００℃において２×１０−７ｍｂａｒの圧力で２時間の電子ビームアニールを行った後に、４０ｎｍ減少したことが示された。
【００９３】
荷電粒子ビームアニール中に基板が除去される速度は、たとえば荷電粒子ビームおよび基板の性質に依存する。たとえば、加熱／アニールステップ中にプロトンビームが使用される場合を電子ビームと比較すると、除去速度が異なる。同様に、電子ビームアニールアニール中の除去速度は、基板が窒化ケイ素である場合よりも、二酸化ケイ素である場合の方が大きい。
【００９４】
本発明のある実施形態は、磁性ナノクラスターを電気絶縁基板中に含む磁性材料の製造方法であって、
（ａ）電気絶縁基板を提供するステップと、
（ｂ）鉄、コバルト、ニッケル、サマリウム、ネオジム、およびクロムのイオンからなる群から選択される第１の低エネルギーイオン種を、約５ｎｍ〜約１００ｎｍの間の深さまで基板に注入し、
場合により、鉄、コバルト、ニッケル、サマリウム、ネオジム、クロム、酸素、およびホウ素のイオンからなる第２の群から選択される１種類以上の低エネルギーイオン種を、約５ｎｍ〜約１００ｎｍの間の深さまで基板に注入するステップであって、第２の群から選択される種が第１の種とは異なるステップと、
（ｃ）約１×１０−６ｍｂａｒ未満の圧力のチャンバー中で、注入された基板を電子ビームで約５００℃〜約１４００℃の間のピーク温度まで加熱し、場合により、注入されたイオンが凝集して磁性ナノクラスターを形成するようにピーク温度を所定の時間維持し、注入された基板の温度を低下させて、磁性材料を得るステップとを含む方法を提供する。
【００９５】
本発明のある実施形態は、磁性ナノクラスターを電気絶縁基板中に含む磁性材料の製造方法であって、
（ａ）電気絶縁基板を提供するステップと、
（ｂ）鉄、コバルト、ニッケル、サマリウム、ネオジム、およびクロムのイオンからなる群から選択される第１の低エネルギーイオン種を、約５ｎｍ〜約１００ｎｍの間の深さまで基板に注入し、
場合により、鉄、コバルト、ニッケル、サマリウム、ネオジム、クロム、酸素、およびホウ素のイオンからなる第２の群から選択される１種類以上の低エネルギーイオン種を、約５ｎｍ〜約１００ｎｍの間の深さまで基板に注入するステップであって、第２の群から選択される種が第１の種とは異なるステップと、
（ｃ）約１×１０−６ｍｂａｒ未満の圧力のチャンバー中で、注入されたイオンが凝集して磁性ナノクラスターを形成するのに有効なピーク温度および時間で、注入された基板を電子ビームで加熱し、注入された基板の温度を低下させて、磁性材料を得るステップとを含む方法を提供する。
【００９６】
本発明のある実施形態は、磁性ナノクラスターを電気絶縁基板中に含む磁性材料の製造方法であって、
（ａ）電気絶縁基板を提供するステップと、
（ｂ）鉄、コバルト、ニッケル、およびサマリウムのイオンからなる群から選択される少なくとも１種類の磁性イオン種を基板に、約５ｋｅＶ〜約５０ｋｅＶの間のビームエネルギーおよび約１．０×１０１５イオン／ｃｍ２〜約１．０×１０１７イオン／ｃｍ２の間のフルエンスで注入するステップと、
（ｃ）約１×１０−６ｍｂａｒ未満の圧力のチャンバー中で、注入された基板を電子ビームで約６００℃〜約１２００℃の間のピーク温度まで加熱し、場合により、注入されたイオンが凝集して磁性ナノクラスターを形成するようにピーク温度を所定の時間維持し、注入された基板の温度を低下させて、磁性材料を得るステップとを含む方法を提供する。
【００９７】
本発明のある実施形態は、磁性ナノクラスターを電気絶縁基板中に含む磁性材料の製造方法であって、
（ａ）電気絶縁基板を提供するステップと、
（ｂ）鉄、コバルト、ニッケル、およびサマリウムのイオンからなる群から選択される少なくとも１種類の磁性イオン種を基板に、約５ｋｅＶ〜約５０ｋｅＶの間のビームエネルギーおよび約１．０×１０１５イオン／ｃｍ２〜約１．０×１０１７イオン／ｃｍ２の間のフルエンスで注入するステップと、
（ｃ）約１×１０−６ｍｂａｒ未満の圧力のチャンバー中で、注入されたイオンが凝集して磁性ナノクラスターを形成するのに有効なピーク温度および時間で、注入された基板を電子ビームで加熱し、注入された基板の温度を低下させて、磁性材料を得るステップとを含む方法を提供する。
【００９８】
本発明のある実施形態は、磁性ナノクラスターを絶縁性の酸化物または窒化物の基板中に含む磁性材料の製造方法であって、
（ａ）絶縁性の酸化物または窒化物の基板を提供するステップと、
（ｂ）鉄、コバルト、ニッケル、およびサマリウムのイオンからなる群から選択される少なくとも１種類の磁性イオン種を基板に、約５ｋｅＶ〜約５０ｋｅＶの間のビームエネルギーおよび約１．０×１０１５イオン／ｃｍ２〜約１．０×１０１７イオン／ｃｍ２の間のフルエンスで注入するステップと、
（ｃ）約１×１０−６ｍｂａｒ未満の圧力のチャンバー中で、注入された基板を電子ビームで約６００℃〜約１２００℃の間のピーク温度まで加熱し、場合により、注入されたイオンが凝集して磁性ナノクラスターを形成するようにピーク温度を所定の時間維持し、注入された基板の温度を低下させて、磁性材料を得るステップとを含む方法を提供する。
【００９９】
本発明のある実施形態は、磁性ナノクラスターを絶縁性の酸化物または窒化物の基板中に含む磁性材料の製造方法であって、
（ａ）絶縁性の酸化物または窒化物の基板を提供するステップと、
（ｂ）鉄、コバルト、ニッケル、およびサマリウムのイオンからなる群から選択される少なくとも１種類の磁性イオン種を基板に、約５ｋｅＶ〜約５０ｋｅＶの間のビームエネルギーおよび約１．０×１０１５イオン／ｃｍ２〜約１．０×１０１７イオン／ｃｍ２の間のフルエンスで注入するステップと、
（ｃ）約１×１０−６ｍｂａｒ未満の圧力のチャンバー中で、注入されたイオンが凝集して磁性ナノクラスターを形成するのに有効なピーク温度および時間で、注入された基板を電子ビームで加熱し、注入された基板の温度を低下させて、磁性材料を得るステップとを含む方法を提供する。
【０１００】
本発明のある実施形態は、磁性ナノクラスターを絶縁性の酸化物または窒化物の基板中に含む磁性材料の製造方法であって、
（ａ）絶縁性の酸化物または窒化物の基板を提供するステップと、
（ｂ）鉄、コバルト、またはニッケルのイオンを基板に、約５ｋｅＶ〜約５０ｋｅＶの間のビームエネルギーおよび約１．０×１０１５イオン／ｃｍ２〜約１．０×１０１７イオン／ｃｍ２の間のフルエンスで注入するステップと、
（ｃ）約１×１０−６ｍｂａｒ未満の圧力のチャンバー中で、注入された基板を電子ビームで約６００℃〜約１２００℃の間のピーク温度まで加熱し、場合により、注入されたイオンが凝集して磁性ナノクラスターを形成するようにピーク温度を所定の時間維持し、注入された基板の温度を低下させて、磁性材料を得るステップとを含む方法を提供する。
【０１０１】
本発明のある実施形態は、磁性ナノクラスターを絶縁性の酸化物または窒化物の基板中に含む磁性材料の製造方法であって、
（ａ）絶縁性の酸化物または窒化物の基板を提供するステップと、
（ｂ）鉄、コバルト、またはニッケルのイオンを基板に、約５ｋｅＶ〜約５０ｋｅＶの間のビームエネルギーおよび約１．０×１０１５イオン／ｃｍ２〜約１．０×１０１７イオン／ｃｍ２の間のフルエンスで注入するステップと、
（ｃ）約１×１０−６ｍｂａｒ未満の圧力のチャンバー中で、注入されたイオンが凝集して磁性ナノクラスターを形成するのに有効なピーク温度および時間で、注入された基板を電子ビームで加熱し、注入された基板の温度を低下させて、磁性材料を得るステップとを含む方法を提供する。
【０１０２】
本発明のある実施形態は、磁性ナノクラスターを絶縁性の酸化物または窒化物の基板中に含む磁性材料の製造方法であって、
（ａ）絶縁性の酸化物または窒化物の基板を提供するステップと、
（ｂ）鉄イオンまたはサマリウムイオンを基板に、約５ｋｅＶ〜約５０ｋｅＶの間のビームエネルギーおよび約１．０×１０１５イオン／ｃｍ２〜約１．０×１０１７イオン／ｃｍ２の間のフルエンスで注入し、次にコバルトイオンを基板に、約５ｋｅＶ〜約５０ｋｅＶの間のビームエネルギーおよび約１．０×１０１５イオン／ｃｍ２〜約１．０×１０１７イオン／ｃｍ２の間のフルエンスで注入するステップと、
（ｃ）約１×１０−６ｍｂａｒ未満の圧力のチャンバー中で、注入された基板を電子ビームで約６００℃〜約１２００℃の間のピーク温度まで加熱し、場合により、注入されたイオンが凝集して磁性ナノクラスターを形成するようにピーク温度を所定の時間維持し、注入された基板の温度を低下させて、磁性材料を得るステップとを含む方法を提供する。
【０１０３】
本発明のある実施形態は、磁性ナノクラスターを絶縁性の酸化物または窒化物の基板中に含む磁性材料の製造方法であって、
（ａ）絶縁性の酸化物または窒化物の基板を提供するステップと、
（ｂ）鉄イオンまたはサマリウムイオンを基板に、約５ｋｅＶ〜約５０ｋｅＶの間のビームエネルギーおよび約１．０×１０１５イオン／ｃｍ２〜約１．０×１０１７イオン／ｃｍ２の間のフルエンスで注入し、次にコバルトイオンを基板に、約５ｋｅＶ〜約５０ｋｅＶの間のビームエネルギーおよび約１．０×１０１５イオン／ｃｍ２〜約１．０×１０１７イオン／ｃｍ２の間のフルエンスで注入するステップと、
（ｃ）約１×１０−６ｍｂａｒ未満の圧力のチャンバー中で、注入されたイオンが凝集して磁性ナノクラスターを形成するのに有効なピーク温度および時間で、注入された基板を電子ビームで加熱し、注入された基板の温度を低下させて、磁性材料を得るステップとを含む方法を提供する。
【０１０４】
構造特性
さらなる一態様においては、本発明は、実質的に本発明の方法によって製造された磁性材料を提供する。
【０１０５】
別の一態様においては、本発明は、磁性ナノクラスターの層を基板中に含む磁性材料を提供する。
【０１０６】
別の一態様においては、本発明は、荷電粒子ビームでアニールされた磁性ナノクラスターの層を含む磁性材料を提供する。
【０１０７】
別の一態様においては、本発明は、荷電粒子ビームでアニールされた磁性ナノクラスターを含む層を基板中に含む磁性材料を提供する。
【０１０８】
別の一態様においては、本発明は、荷電粒子ビームでアニールされた磁性ナノクラスターを基板中に含む磁性材料を提供する。
【０１０９】
別の一態様においては、本発明は、磁性ナノクラスターを含む表面近傍バンドを基板中に含む磁性材料を提供する。
【０１１０】
ある実施形態においては、磁性ナノクラスターを含む層またはバンドは、基板中の最大深さが、約５ｎｍ、約１０ｎｍ、約１５ｎｍ、約２０ｎｍ、約２５ｎｍ、約３０ｎｍ、約３５ｎｍ、約４０ｎｍ、約４５ｎｍ、約５０ｎｍ、約５５ｎｍ、約６０ｎｍ、約６５ｎｍ、約７０ｎｍ、約７５ｎｍ、約８０ｎｍ、約８５ｎｍ、約９０ｎｍ、約９５ｎｍ、または約１００ｎｍとなる。
【０１１１】
別の好ましい実施形態においては、磁性ナノクラスターを含む層またはバンドの存在する基板中の深さは、約０ｎｍ〜約１００ｎｍの間、約０ｎｍ〜約９０ｎｍの間、約０ｎｍ〜約８０ｎｍの間、約０ｎｍ〜約７０ｎｍの間、約０ｎｍ〜約６０ｎｍの間、約０ｎｍ〜約５０ｎｍの間、約０ｎｍ〜約４０ｎｍの間、約０ｎｍ〜約３０ｎｍの間、約０ｎｍ〜約２０ｎｍの間、約０ｎｍ〜約１５ｎｍの間、または約０ｎｍ〜約１０ｎｍの間である。
【０１１２】
ある実施形態においては、磁性材料は、均一に分散した磁性ナノクラスターの層を基板中に含む。
【０１１３】
ある実施形態においては、磁性ナノクラスターは、基板中に約１００ｎｍの最大深さまで埋め込まれる。別の実施形態においては、磁性ナノクラスターは、基板中に約５０ｎｍの最大深さまで埋め込まれる。別の実施形態においては、磁性ナノクラスターは、約５ｎｍ、約１０ｎｍ、約１５ｎｍ、約２０ｎｍ、約２５ｎｍ、約３０ｎｍ、約３５ｎｍ、約４０ｎｍ、約４５ｎｍ、約５０ｎｍ、約５５ｎｍ、約６０ｎｍ、約６５ｎｍ、約７０ｎｍ、約７５ｎｍ、約８０ｎｍ、約８５ｎｍ、約９０ｎｍ、約９５ｎｍ、または約１００ｎｍの最大深さまで基板中に埋め込まれる。
【０１１４】
ある好ましい実施形態においては、磁性材料は、基板中の約０〜約５ｎｍの深さに磁性ナノクラスターを含む層を含む。別の好ましい実施形態においては、磁性ナノクラスターは、基板中の約０ｎｍ〜約１００ｎｍの間の深さに存在する。別の好ましい実施形態においては、磁性ナノクラスターは、約０ｎｍ〜約５０ｎｍの間の深さに存在する。別の好ましい実施形態においては、磁性ナノクラスターは、約０ｎｍ〜約１００ｎｍの間、約０ｎｍ〜約９０ｎｍの間、約０ｎｍ〜約８０ｎｍの間、約０ｎｍ〜約７０ｎｍの間、約０ｎｍ〜約６０ｎｍの間、約０ｎｍ〜約５０ｎｍの間、約０ｎｍ〜約４０ｎｍの間、約０ｎｍ〜約３０ｎｍの間、約０ｎｍ〜約２０ｎｍの間、約０ｎｍ〜約１５ｎｍの間、または約０ｎｍ〜約１０ｎｍの間の深さに存在する。
【０１１５】
ある実施形態においては、ナノクラスターは擬球形である。ある好ましい実施形態においては、ナノクラスターは実質的に球形である。
【０１１６】
ある好ましい実施形態においては、ナノクラスターはほぼ単分散である。
【０１１７】
ある実施形態においては、磁性ナノクラスターは約８０ｎｍ以下の直径を有する。別の実施形態においては、磁性ナノクラスターは約５０ｎｍ未満の直径を有する。別の実施形態においては、磁性ナノクラスターは約５ｎｍ〜約３０ｎｍの間の直径を有する。別の実施形態においては、磁性ナノクラスターは約５ｎｍ〜約１０ｎｍの間の直径を有する。
【０１１８】
ある実施形態においては、ナノクラスター間の距離は最大約５０ｎｍである。
【０１１９】
ある実施形態においては、磁性ナノクラスターは、鉄；酸化鉄；コバルト；鉄／コバルト、好ましくはＦｅＣｏ；サマリウム／コバルト、好ましくはＳｍＣｏ５またはＳｍ２Ｃｏ１７；ニッケル；ネオジム／鉄／ホウ素、好ましくはＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ；鉄／ニッケル、好ましくはＦｅＮｉ；あるいは酸化クロム、好ましくはＣｒＯ２を含む。
【０１２０】
ある実施形態においては、磁性ナノクラスターは、鉄；コバルト；鉄／コバルト、サマリウム／コバルト；またはニッケルを含む。
【０１２１】
本発明のある実施形態は、電気絶縁基板中の約０ｎｍ〜約１００ｎｍの間の深さに磁性ナノクラスターを含む層を含む磁性材料であって、ナノクラスターの直径が約８０ｎｍ以下である磁性材料を提供する。
【０１２２】
本発明のある実施形態は、電気絶縁基板中の約０ｎｍ〜約１００ｎｍの間の深さに磁性ナノクラスターを含む層を含む磁性材料であって、ナノクラスターが鉄、コバルト、鉄／コバルト、サマリウム、サマリウム／コバルト、またはニッケルを含み、ナノクラスターの直径が約８０ｎｍ以下である磁性材料を提供する。
【０１２３】
本発明のある実施形態は、電気絶縁基板中の約０ｎｍ〜約１００ｎｍの間の深さに磁性ナノクラスターを含む層を含む磁性材料であって、ナノクラスターが鉄、コバルト、鉄／コバルト、サマリウム／コバルト、またはニッケルを含み、ナノクラスターの直径が約８０ｎｍ以下である磁性材料を提供する。
【０１２４】
本発明のある実施形態は、電気絶縁基板中の約０ｎｍ〜約１００ｎｍの間の深さに磁性ナノクラスターを含む磁性材料であって、ナノクラスターの直径が約８０ｎｍ以下である磁性材料を提供する。
【０１２５】
本発明のある実施形態は、電気絶縁基板中の約０ｎｍ〜約１００ｎｍの間の深さに磁性ナノクラスターを含む磁性材料であって、ナノクラスターが鉄、コバルト、鉄／コバルト、サマリウム、サマリウム／コバルト、またはニッケルを含み、ナノクラスターの直径が約８０ｎｍ以下である磁性材料を提供する。
【０１２６】
本発明のある実施形態は、電気絶縁基板の約０ｎｍ〜約１００ｎｍの間の深さに磁性ナノクラスターを含む磁性材料であって、ナノクラスターが鉄、コバルト、鉄／コバルト、サマリウム／コバルト、またはニッケルを含み、ナノクラスターの直径が約８０ｎｍ以下である磁性材料を提供する。
【０１２７】
磁気特性
磁性材料の保磁場は、その材料の粒度に依存する。粒度が大きくなると、保磁場も強くなる。したがって、強磁性、反強磁性、またはフェリ磁性の材料の磁気的挙動は、これらの材料の粒度が小さくなると超常磁性に変化する。強磁性、反強磁性、またはフェリ磁性の材料の非常に小さなナノクラスターは超常磁性となる傾向にある。
【０１２８】
印加された場が除去されると、超常磁性材料は磁気モーメントを維持できず、これはこれらの材料の保磁力が０であることを意味する。この挙動は常磁性材料でも示されるが、超常磁性材料は、はるかに大きい飽和磁化を有し（強磁性材料が示す値と同等）、印加された場に対して常磁性材料よりもはるかに効果的に応答する。
【０１２９】
強磁性材料は０ではない保磁力を有する。これらは印加された場を除去した後で、ある程度の磁化を維持し、磁化を０に戻すためには反対方向の場が必要である。材料がより大きな保磁力を有する場合には、より大きな場の強度が必要となる。
【０１３０】
保磁力および飽和磁化の両方は、材料、ナノ構造の大きさ、および温度に依存する。十分小さなサイズのナノクラスターでは、熱エネルギーがナノクラスター全体の磁化に打ち勝つことができる場合に、強磁性材料は超常磁性を示しうる。他方、磁化に打ち勝つために十分な熱エネルギーに必要な最低温度であるそのブロッキング温度未満の温度では、超磁性体は強磁性となりうる。
【０１３１】
たとえば、鉄ナノクラスターは、直径が約１５ｎｍ未満である場合には室温で超常磁性となり、直径が１５ｎｍを超える場合には強磁性となる。Ｆｅ３Ｏ４などの材料は、約５０ｎｍ以下の直径で超常磁性である。
【０１３２】
基板中のナノクラスターの大きさに加えて、本発明の磁性材料磁気特性（たとえば保磁力）は、基板中の磁性ナノクラスターの組成および分布の両方に依存する。
【０１３３】
ある実施形態においては、ナノクラスターおよび磁性材料は、室温において軟強磁性である。別の実施形態においては、ナノクラスターおよび磁性材料は、室温において超常磁性である。
【０１３４】
本発明の磁性材料の評価から、注入される種の１原子あたりの磁化が、一般にバルク材料と同等以上になることが示される。
【０１３５】
ある実施形態においては、磁性材料は５Ｋにおいて約１５００Ｏｅ未満の保磁力を有する。別の実施形態においては、磁性材料は５Ｋにおいて約１０００Ｏｅ未満の保磁力を有する。別の実施形態においては、磁性材料は５Ｋにおいて約５００Ｏｅ未満の保磁力を有する。
【０１３６】
二酸化ケイ素中に磁性ナノクラスターが鉄、ニッケル、またはコバルトを含むある好ましい実施形態においては、磁性材料は５Ｋにおいて約５０Ｏｅ未満の保磁力を有する。
【０１３７】
二酸化ケイ素中に磁性ナノクラスターが鉄／コバルトを含む別の好ましい実施形態においては、磁性材料は５Ｋにおいて約２００Ｏｅの保磁力を有する。
【０１３８】
二酸化ケイ素中に磁性ナノクラスターがサマリウム／コバルトを含む別の好ましい実施形態においては、磁性材料は５Ｋにおいて約５００Ｏｅの保磁力を有する。
【０１３９】
基板表面および／またはその近傍に位置するため、磁性ナノクラスターは、より深く埋め込まれたナノクラスターよりも、基板への磁気的結合が弱い。このため、外部磁場に対してより速く応答することができる。さらに、２つの隣接するナノクラスターの間の絶縁体間隙は小さい。このため、２つの隣接するナノクラスターの間でトンネル接合を形成することができる。さらに、好ましい基板の高い抵抗率のため、電気損失が減少する。
【０１４０】
したがって、本発明の磁性材料は、たとえば、磁気センサー中の用途、ならびにナノフラックスゲートまたはナノソレノイドのコアとしての用途に有用である。
【０１４１】
磁気センサーとして、およびナノフラックスゲートのコアとしての使用に好ましい磁性材料は比較的低い保磁場を有する。ある好ましい実施形態においては、磁性材料は、５Ｋにおいて約１００Ｏｅ未満、より好ましくは約５０Ｏｅ未満、より好ましくは約２０Ｏｅ未満、より好ましくは約１０Ｏｅ未満、より好ましくは約５Ｏｅ未満、より好ましくは約１Ｏｅ未満、より好ましくは約０．１Ｏｅ未満の保磁力を有する。
【０１４２】
比較的高い保磁場を有する本発明の磁性材料は、ナノ電気機械システム用の硬磁石としての用途で有用となる。好ましくは、磁性材料は５Ｋにおいて約２００Ｏｅを超える保磁力を有する。別の好ましい実施形態においては、磁性材料は５Ｋにおいて少なくとも約２００Ｏｅの保磁力を有する。
【０１４３】
したがって、本発明は、本発明の磁性材料を含むデバイスも考慮される。
【０１４４】
特に、別の一態様においては、本発明は、本発明の磁性材料を含む磁気電気デバイスを提供する。ある実施形態においては、磁気電気デバイスは磁気アクチュエータである。別の実施形態においては、磁気電気デバイスはマグネトレジスターである。別の実施形態においては、磁気電気デバイスは磁気センサーである。
【０１４５】
ある好ましい実施形態においては、磁気電気デバイスは磁気抵抗センサーの構成要素である。別の好ましい実施形態においては、磁気電気デバイスはナノフラックスゲートである。
【０１４６】
ある実施形態においては、磁気電気デバイスはマイクロまたはナノ電気機械システム中に組み込まれる。
【０１４７】
本発明の方法によって、絶縁基板を使用し、比較的低いアニール温度および／または短いアニール時間を使用して、磁性材料および磁気電気デバイスの製造することができる。これらの特徴は、磁性材料および磁気電気デバイスを電子回路への組み込み、および本発明の方法の電子集積回路の製造への組み込みに特に有利である。
【０１４８】
したがって、別の一態様においては、本発明は、本発明の方法によって磁性材料を製造するステップを含む、電子集積回路の製造方法を提供する。
【０１４９】
別の一態様においては、本発明は、本発明の磁性材料を含む電子回路を提供する。別の一態様においては、本発明は、本発明の磁気電気デバイスを含む電子回路を提供する。ある好ましい実施形態においては、磁気電気デバイスは磁気センサーである。
【０１５０】
ある実施形態においては、磁気電気デバイスはマイクロまたはナノ電子集積回路に組み込まれる。ある好ましい実施形態においては、磁気電気デバイスは磁気センサーである。
【０１５１】
別の一態様においては、本発明は、磁気電子デバイス中に使用するための本発明の磁性材料を提供する。ある好ましい実施形態においては、磁性材料は、実質的に本発明の方法により製造される。
【０１５２】
磁気検出
本発明の磁性材料は磁気抵抗性である。ある実施形態においては、本発明の磁性材料は大きな正の磁気抵抗比を有する。
【０１５３】
一般に、ホール効果のために、磁場によって材料中の電子の経路が増加し、したがって「実質的に」抵抗が増加するので、あらゆる磁性材料が磁気抵抗性である。ほとんどの磁性材料は、磁場中の材料の制限のために磁気抵抗も示すが、抵抗の変化は一般に少ない。一部の材料は、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）、超巨大磁気抵抗（ＣＭＲ）、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）、および磁気抵抗スイッチ（ＭＲＳ）効果と呼ばれる、大きい〜非常に大きい磁気抵抗を示す。
【０１５４】
マグネトレジスターを磁場に置くと、その抵抗率は磁場の大きさとともに変化する。したがって、マグネトレジスターは磁気検出デバイスとして使用することができる。マグネトレジスターに基づく磁気検出デバイスは、実現が容易であるが、通常は感度があまり高くない。
【０１５５】
ホイートストンブリッジ構成を使用して抵抗ブリッジ中に可変抵抗を配置することによって、抵抗の小さな変動を検出することが可能である。各ブランチ中の電流の流れが同じになるように、直列の可変抵抗および別の抵抗器を、別の抵抗器の組と並列に配置する。２つのブランチの中央における電位差は、可変抵抗の抵抗変化に正比例する。次にこの信号を増幅し表示することができる。
【０１５６】
実施例２は、可変抵抗として本発明の磁性材料を使用するこの原理の応用を示している。
【０１５７】
したがって、接点、電源などの他の従来の部品を加えることによって、本発明の磁性材料から磁気センサーを製造することができる。
【０１５８】
フラックスゲート磁力計は、低磁場または低周波磁場の大きさおよび方向を測定する。フラックスゲート磁力計は、１０−２ｎＴまでの非常に小さな磁場を測定することができる。
【０１５９】
透磁率が高く保磁力が低い強磁性材料であるコアは、交流が流れるコイルである励磁コイルによって、負から正の磁化飽和に励磁される。コアの励磁と磁化との両方によって得られる磁場は、別のコイルであるピックアップコイルによって取り出される。外部場がコイルの軸中に印加されると、コアは一方の飽和により容易に変化し、他方へは容易ではなくなる。この結果、励磁信号が同期から外れ、その信号はピックアップコイルによって測定される。信号の位相差は、外部場の振幅および方向に依存する。異なるコアの形状および材料、ならびに異なる信号解析回路などの種々の構成を使用することによって、これらのセンサーの性能を改善することができる。
【０１６０】
フラックスゲートの開発は、主として小型化および応答周波数の増加に向けられている。センサーの長さが減少すると磁気ノイズが大きく増加するので、フラックスゲート磁力計の小型化は通常は困難である。応答周波数は、コアの抵抗率およびコアの磁化が反転しうる速度によって制限される。本発明のある磁性材料は、高低効率が得られることで、高周波数における感度低下の原因となる渦電流が減少し、さらに、磁化ピン止めが少なく、各ナノクラスターが独立した磁区として機能し、そのため飽和間の振動が速くなる。
【０１６１】
図１は、シリコン支持体（３０）上の二酸化ケイ素基板（１０）中に形成された強磁性ナノクラスターを含む本発明の磁性材料（４５）によって形成された２つの平行なコアを使用したフラックスゲート磁力計（４０）の一実施形態を示している。フラックスゲート磁力計（４０）は、ＡＣ電源（５０）に接続され、コアの上に巻き付けられた、逆平行の同期信号を有する２つの励磁コイルと、両方の励磁コイルの上に巻き付けられ、２ｆ信号を検出するための検出器（５５）に接続されている１つのピックアップコイルとを含む。
【０１６２】
本発明の磁性材料は硬磁石であってよい。たとえば、鉄／コバルトまたはサマリウム／コバルトのナノクラスターを含む磁性材料は、比較的高い保磁力を示す。このような材料は、マイクロまたはナノ機械装置の硬磁石として使用できる。有利なことには、本発明によって、非常に小さい寸法を有する硬磁性材料の製造が可能となる。したがって、本発明の磁性材料は、たとえば交流駆動モーター中のマイクロまたはナノスケールの磁気アクチュエータとして使用できる。
【０１６３】
さらに、硬磁性材料の電流駆動磁化は、ソレノイドとして機能できるマイクロまたはナノスケール部品の製造に有用となり得る。このようなナノソレノイドの磁化は、磁性材料に印加される電圧を反転させることによって反転させることができる。
【０１６４】
図２は、ナノ構造モーター（６０）であるマイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）の一実施形態を示しており、ローター（６５）は、同じ磁気配向を有する本発明の硬磁性材料の数個の領域（７０）と、反対方向の磁気配向を有する本発明の硬磁性材料の数個の領域（８０）とを含む。交流電流を使用してナノソレノイド（７５）の磁化を反転させることによってローターの周囲に交番磁場を印加することによって、ローター（６５）にトルクが加わって、運動が生じる。図２に示されるデバイスは、発電機または交流発電機として使用するために容易に適合させることができる。
【０１６５】
以下の非限定的な例は、本発明を説明するために提供され、本発明の範囲を限定するものでは決してない。
【実施例】
【０１６６】
実施例１−二酸化ケイ素中での磁性ナノクラスターの形成
以下に列挙する構成を使用して、種々のナノクラスターの大きさおよび分布を有する磁性材料を得た、すなわち、
・基板は、ケイ素上の４００ｎｍおよび５００ｎｍの二酸化ケイ素層であり、
・７．５ｋｅＶおよび１５ｋｅＶの５６Ｆｅイオンを、１０μＡ／ｃｍ２未満の電流密度で、超高真空条件で室温において、５×１０１５、１×１０１６、５×１０１６、および１×１０１７イオン／ｃｍ２のイオンフルエンスで注入し、
・注入されたサンプルは、電子ビームを用いて超高真空（１０−７ｍｂａｒ）において６００℃、８００℃、または１０００℃でアニールした。
・電子ビームアニール中のピーク温度を：０；１５；３０；６０；３００；９００；１８００；３６００；７２００；または１０８００秒維持した。
【０１６７】
電子ビームアニールの加熱中の温度勾配は＋５℃／ｓ〜＋２０℃／ｓであった。
【０１６８】
電子ビームアニール後の冷却中の温度勾配は−５℃／ｓ〜−２０℃／ｓであった。
【０１６９】
磁性材料の性質は、これらの範囲内での加熱および冷却中の温度勾配とは無関係であると思われた。
【０１７０】
磁性材料の性質は、５×１０１５、１×１０１６、または５×１０１６イオン／ｃｍ２の注入イオンフルエンスでは顕著な差は示されなかった。１×１０１７イオン／ｃｍ２のフルエンスでは、直径約８０ｎｍのより大きなナノクラスターが形成され、六角形の形状を示した。このフルエンで比較的より高濃度の鉄を注入すると、より迅速にナノクラスターが凝集し、ケイ化鉄も形成される。
【０１７１】
１×１０１６イオン／ｃｍ２の注入イオンフルエンスを用いて製造した磁性材料のラザフォード後方散乱分光法（ＲＢＳ）による分析から、注入された鉄原子はアニールされたサンプルの表面近傍領域に数秒間存在し、その後凝集し始めることが示された（図３）。１０００℃におけるアニール時間の関数としてのナノクラスターの大きさの変動を図４に示している。原子間力顕微鏡画像（ＡＦＭ）（図５）および透過電子顕微鏡画像（ＴＥＭ）（図６および７）は、直径５〜１０ｎｍのＦｅに富む球状ナノクラスターが、１０００℃で１５秒間のアニール後のサンプル中に存在したことを示している。
【０１７２】
図６の高解像度透過電子顕微鏡画像は、二酸化ケイ素薄膜の表面上の鉄ナノクラスターを示している。図６の挿入図は、ナノクラスターの結晶状態を示している。図７の透過電子顕微鏡画像は、二酸化ケイ素薄膜（１０）中の鉄ナノクラスター（５）のバンド（破線）を示している。点鎖線は、二酸化ケイ素薄膜（１０）とエポキシマトリックス（１５）との間の界面である。
【０１７３】
二酸化ケイ素中に鉄ナノクラスターを含む磁性材料の磁気的性質および電子輸送特性を、超電導量子干渉素子（ＳＱＵＩＤ）磁気測定法と、物理特性測定システム（ＰＰＭＳ）を用いた４点抵抗測定とを用いて調べた。電子ビームを用いて６００℃、８００℃、および１０００℃で１時間アニールした材料の室温（３００Ｋ）における１原子あたりで観察された磁気モーメントを図８に示す。
【０１７４】
変動磁場中の抵抗測定から、磁場を増加させると磁性材料の抵抗が大きく増加することが示された。磁性材料の表面に対して垂直な場で磁気抵抗（ＭＲ）比を測定した。変化の大きさは、４テスラの印加場の場合３００Ｋにおいて最大２０％および１００Ｋにおいて最大９０％、８テスラの印加場の場合３００Ｋにおいて最大４０％であった。特に１００Ｋにおける曲線の非線形形状は、ホール効果単独の場合と一致しなかった。理論によって束縛しようと望むものではないが、正の室温磁気抵抗挙動は、トンネル磁気抵抗と他の形状に関連する磁気抵抗現象との組み合わせによって生じると思われる。
【０１７５】
これらの測定から、異なるアニール条件からは異なる磁気的挙動が得られることが示され、これは、異なる電子ビームアニール条件において形成される磁性ナノクラスターの大きさの差に起因している。たとえば、６００℃または８００℃で１時間の電子ビームを用いたアニール後に得られた磁性材料は超常磁性であったが、１０００℃において１時間のアニール後に得られた材料は、約５０Ｏｅまたは０．００５Ｔ（５Ｋにおいて）未満の保持場で強磁性であった。
【０１７６】
別の注入イオンを用いて、上記方法を繰り返した。ニッケルイオンまたはコバルトイオンを同様のフルエンスおよびエネルギーで二酸化ケイ素に注入し、次に電子ビームアニールを行うことによって、同様の磁気的および構造的結果が得られた。
【０１７７】
ニッケルイオンまたはコバルトイオンを同様のフルエンスおよびエネルギーで、シリコン上に窒化ケイ素を有する基板に注入し、次に電子ビームアニールを行うことによっても、同様の磁気的および構造的結果が得られた。
【０１７８】
鉄、ニッケル、またはコバルトのイオンを同様のフルエンスおよびエネルギーで酸化アルミニウム基板に注入し、次に電子ビームアニールを行うことによっても、同様の磁気的および構造的結果が得られた。
【０１７９】
より高い保磁場が、Ｆｅ／Ｃｏナノクラスターを含む磁性材料（２００Ｏｅまたは０．０２Ｔ；５Ｋ）、およびＳｍ／Ｃｏナノクラスターを含む磁性材料（５００Ｏｅまたは０．０５Ｔ；５Ｋ）で得られた。これらの磁性材料は、鉄イオン（１５ｋｅＶにおいて８．５×１０１６イオン／ｃｍ２）およびコバルトイオン（１５ｋｅＶにおいて１×１０１６イオン／ｃｍ２）イオン、あるいはサマリウムイオン（２０ｋｅＶにおいて１×１０１６イオン／ｃｍ２）およびコバルトイオン（１５ｋｅＶにおいて５×１０１６イオン／ｃｍ２）イオンを連続して、同様のフルエンスおよびエネルギーで二酸化ケイ素に注入し、次に電子ビームアニール（Ｆｅ／Ｃｏの場合１０００℃において３６００秒；Ｓｍ／Ｃｏの場合９４０℃において１８００秒）を行って製造した。注入およびアニールの間の圧力は２×１０−７ｍｂａｒ未満であり、２つの注入ステップの間にサンプルは真空から取り出した。
【０１８０】
鉄イオンおよびコバルトイオン、あるいはサマリウムイオンおよびコバルトイオンを同様のフルエンスおよびエネルギーでシリコン上に窒化ケイ素を有する基板に連続して注入し、次に電子ビームアニールを行うことによって得られた磁性材料で、同様の結果が得られた。
【０１８１】
実施例２−二酸化ケイ素中に鉄ナノクラスターを含む磁気抵抗センサー
１つのホイートストンブリッジと演算増幅器とを含み、すべて５Ｖの安定化電源によって電力供給される磁気抵抗センサーを製造した。
【０１８２】
シリコン基板上の１０ｍｍ×４ｍｍの二酸化ケイ素中に均一に分布した鉄ナノクラスターを含む磁性材料を、実施例１の方法を用いて製造した。鉄原子を１５ｋｅＶのエネルギーおよび１×１０１６イオン／ｃｍ２のフルエンスで注入し、続いて１０００℃で１時間の電子ビームアニールを行った。
【０１８３】
イオンビームスパッタリングを使用して材料の両端上厚さ２ｎｍのチタン層を堆積し、続いて厚さ２０ｎｍのアルミニウム層を堆積することによって、電気接点を作製した。チタン層は、アルミニウムと磁性材料との間の接着性および電気的接触を改善するために使用した。磁性材料と接点との間の導電性を改善するために、これらを約３００℃で３０分間アニールした。
【０１８４】
抵抗ブリッジの固定抵抗は、磁性材料の抵抗測定後に選択した。次に、電気接点用に導電性銀塗料を使用して、磁性材料を可変抵抗として電装基板に一体化させた。センサーを停止させるときに、２．５Ｖの電圧とバランスをとるために、ブリッジの他方のブランチ上にポテンショメーターを使用した。
【０１８５】
較正用に異なる市販の磁気プローブを使用して、磁性材料を異なる印加磁場に曝露した。磁性材料は、広範囲の外部場（０．０５Ｔ〜７Ｔ）にわたって非常に効率的な磁気センサーであった。磁性材料は−７０℃〜＋４０℃の範囲内の温度でも適度な安定性であった。
【０１８６】
理論によって束縛しようと望むものではないが、センサーの効率は、磁性材料に関して観察される小さな保磁場および顕著な磁気抵抗比によるものと考えられる。
【０１８７】
図９は、磁気抵抗センサーとして使用されるより高性能の装置（２０）の一実施形態を示しており、これは、本発明の磁性材料の数個のドメイン（２５）を含み、異方性磁気抵抗を有し、シリコン支持体（３０）上の二酸化ケイ素基板（１０）上にフルブリッジ構成で形成され、金属化によって形成された電気接点（３５）を有する。
【０１８８】
本発明の範囲が上記実施例のみに限定されることを意図するものではない。当業者によって認識されているように、添付の特許請求の範囲に示されるような本発明の範囲から逸脱することなく多くの変形例が可能である。
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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