(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化物及び窒化物のうち一方に珪素を含み、酸化物及び窒化物のうち他方にアルミニウムを含む原料粉末を用い、酸化マグネシウムと該酸化物と該窒化物とを混合する混合工程と、
前記混合した粉末を用いて不活性雰囲気下で焼成し、酸化マグネシウムにアルミニウム、珪素及び窒素が固溶した固溶結晶相を主相とするセラミックス材料を作製する焼成工程と、を含み、
前記混合工程では、酸化マグネシウムが６０．００質量％以上９９．９８質量％以下、酸化珪素が０．０１質量％以上３９．９９質量％以下、窒化アルミニウムが０．０１質量％以上３９．９９質量％以下の粉末組成で酸化マグネシウムと酸化珪素と窒化アルミニウムとを混合する、
セラミックス材料の製造方法。
【請求項２】
酸化物及び窒化物のうち一方に珪素を含み、酸化物及び窒化物のうち他方にアルミニウムを含む原料粉末を用い、酸化マグネシウムと該酸化物と該窒化物とを混合する混合工程と、
前記混合した粉末を用いて不活性雰囲気下で焼成し、酸化マグネシウムにアルミニウム、珪素及び窒素が固溶した固溶結晶相を主相とするセラミックス材料を作製する焼成工程と、を含み、
前記混合工程では、酸化マグネシウムが５０．００質量％以上９９．９８質量％以下、酸化アルミニウムが０．０１質量％以上４９．９９質量％以下、窒化珪素が０．０１質量％以上４９．９９質量％以下の粉末組成で酸化マグネシウムと酸化アルミニウムと窒化珪素とを混合する、
セラミックス材料の製造方法。
【請求項３】
前記焼成工程では、１６００℃以上１９００℃以下の温度でホットプレス焼成する、請求項１又は２に記載のセラミックス材料の製造方法。
【請求項４】
マグネシウム、アルミニウム、珪素、酸素及び窒素を含むセラミックス材料であって、
酸化マグネシウムにアルミニウム、珪素及び窒素が固溶した固溶結晶相を主相とし、
酸化マグネシウムが９０質量％以上９９．８質量％以下の範囲で含まれ、
前記固溶結晶相は、ＣｕＫα線を用いたときの酸化マグネシウムの（２２０）面のＸＲＤピークが２θ＝６２．３０°以上に現れる、
セラミックス材料。
【請求項５】
前記固溶結晶相は、ＣｕＫα線を用いたときの酸化マグネシウムの（２２０）面のＸＲＤピークが２θ＝６２．３１°〜６３．２５°に現れる、請求項４に記載のセラミックス材料。
【請求項６】
前記セラミックス材料は、副相としてマグネシウムサイアロンを含む、請求項４又は５に記載のセラミックス材料。
【請求項７】
前記セラミックス材料は、副相としてフォルステライトを含む、請求項４〜６のいずれか１項に記載のセラミックス材料。
【請求項８】
請求項４〜７のいずれか１項に記載のセラミックス材料からなる、スパッタリングターゲット部材。
【請求項９】
磁気トンネル接合素子のトンネル障壁の作製に使用される、請求項８に記載のスパッタリングターゲット部材。
【請求項１０】
ハードディスクの磁気ヘッド及び磁気抵抗ランダムアクセスメモリのうち少なくとも１つの前記磁気トンネル接合素子の作製に使用される、請求項８又は９に記載のスパッタリングターゲット部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミックス材料の製造方法、セラミックス材料及びスパッタリングターゲット部材に関し、より詳しくは、酸化マグネシウムを主成分をして含むセラミックス材料の製造方法、セラミックス材料及びスパッタリングターゲット部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、酸化マグネシウムは、耐火物のほか、各種添加剤や電子部品用途、蛍光体原料、各種ターゲット材原料、超伝導薄膜下地用の原料、磁気トンネル接合素子（ＭＴＪ素子）のトンネル障壁、カラープラズマディスプレイ（ＰＤＰ）用の保護膜として利用され、きわめて広範囲な用途を持つ材料として注目されている。なかでもスパッタリングターゲット材としては、トンネル磁気抵抗効果を利用したＭＴＪ素子のトンネル障壁の作製やＰＤＰの電極と誘電体の保護膜などに使用される。このトンネル磁気抵抗効果は、厚さ数ｎｍの非常に薄い絶縁体を２つの磁性層で挟んだＭＴＪ素子において、２つの磁性層の磁化の相対的な向きが平行な時と反平行な時に起こる抵抗変化現象のことであり、この磁化状態による電気抵抗変化を利用してハードディスクの磁気ヘッドなどに応用されている。
【０００３】
また、近年、上述したＭＴＪ素子を利用して磁気抵抗ランダムアクセスメモリ（以下、ＭＲＡＭ）が検討されている（例えば、特許文献１参照）。ＭＲＡＭは、例えば、ＭＴＪ素子を多数配置し、それぞれの磁化配列を情報担体としており、不揮発、高速、高書き換え耐性等の特徴をもつため、従来の半導体メモリ（ＤＲＡＭ）を凌駕するメモリとして開発が進められている。これまで、記憶容量が数〜数十メガビット（Ｍｂｉｔ）のメモリが試作されたが、例えばＤＲＡＭを置き換えるためにはギガビット（Ｇｂｉｔ）級の更なる大容量化が必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−８０１１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
これまでＭＴＪ素子のトンネル障壁の材料としては、単結晶、または高純度の酸化マグネシウムを用いるのが一般的であり、酸化マグネシウムのスパッタリングターゲット材を用いてトンネル障壁を成膜するのが一般的であった。しかしながら、更なる大容量化などにはＭＴＪ素子の電気抵抗が高いなど、まだその特性が十分でなく、機能向上が望まれていた。
【０００６】
本発明は、このような課題に鑑みなされたものであり、機能をより向上することができるセラミックス材料の製造方法、セラミックス材料及びスパッタリングターゲット部材を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した主目的を達成するために鋭意研究したところ、本発明者らは、酸化マグネシウムに、アルミニウム、珪素及び窒素などを固溶させると、より機能を向上することができることを見いだし、本発明を完成するに至った。
【０００８】
即ち、本発明のセラミックス材料の製造方法は、
酸化物及び窒化物のうち一方に珪素を含み、酸化物及び窒化物のうち他方にアルミニウムを含む原料粉末を用い、酸化マグネシウムと該酸化物と該窒化物とを混合する混合工程と、
前記混合した粉末を用いて不活性雰囲気下で焼成し、酸化マグネシウムにアルミニウム、珪素及び窒素が固溶した固溶結晶相を主相とするセラミックス材料を作製する焼成工程と、
を含むものである。
【０００９】
本発明のセラミックス材料は、マグネシウム、アルミニウム、珪素、酸素及び窒素を含むセラミックス材料であって、酸化マグネシウムにアルミニウム、珪素及び窒素が固溶した固溶結晶相を主相とするものである。
【００１０】
本発明のスパッタリングターゲット部材は、上述のセラミックス材料からなるものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明では、セラミックス材料の機能をより向上することができる。この理由は、定かではないが、以下のように推察される。例えば、本発明のスパッタリングターゲット部材を用いてＴＭＲ素子を作製すると、トンネル障壁層は酸化マグネシウムにアルミニウム、珪素及び窒素が固溶した固溶結晶相（ＭｇＯ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｎ固溶体）となる。すると酸化マグネシウムのバンドギャップ内にアルミニウム、珪素及び窒素によるエネルギー準位が形成され、そこに電子が存在できることから、フェルミエネルギーが変化し、トンネル障壁高さを低くすることができるものと推察される。このため、ＭＴＪ素子の電気抵抗を低くできることが期待される。また、このトンネル障壁層は、酸化マグネシウムの結晶構造を維持したまま格子定数を変化させることができるため、磁性層との格子整合性をより向上することができ、より高い磁気抵抗比が得られることが期待される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実験例３のＸＲＤ測定結果及び固溶結晶相のピーク拡大図。
【図２】実験例１１のＸＲＤ測定結果及び固溶結晶相のピーク拡大図。
【図３】実験例３，１１，１９のＥＰＭＡ元素マッピング像。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明のセラミックス材料は、マグネシウム、珪素、アルミニウム、酸素及び窒素を主成分とするセラミックス材料であって、酸化マグネシウムにアルミニウム、珪素及び窒素が固溶した固溶結晶相を主相とするものである。
【００１４】
このセラミックス材料において、固溶結晶相は、ＣｕＫα線を用いたときの酸化マグネシウムの（２２０）面に該当するＸＲＤピークが２θ＝６２．３０以上に現れることが好ましい。酸化マグネシウムにアルミニウム、珪素及び窒素が固溶した固溶結晶相が形成されていれば、このように、ＸＲＤのピークシフトが起きるものと考えられる。また、アルミニウム、珪素及び窒素の固溶量が多いほど、酸化マグネシウムのＸＲＤピークは高角側にシフトする。しかしながら、アルミニウム、珪素及び窒素が多いほど、副相（異相）の生成が起き易いため、この（２２０）面のＸＲＤピークは、２θ＝６５．０°以下に現れることが好ましい。また、この（２２０）面のＸＲＤピークは、２θ＝６２．３１°〜６３．２５°に現れることがより好ましく、２θ＝６２．３１°〜６２．４５°に現れることが更に好ましい。
【００１５】
セラミックス材料は、例えば、副相としてマグネシウムサイアロン、フォルステライト及びスピネルのうち１以上を含むものとしてもよい。このうち、セラミックス材料は、副相としてマグネシウムサイアロンを含むものとしてもよい。あるいは、セラミックス材料は、副相としてフォルステライトを含むものとしてもよい。また、セラミックス材料は、副相が少ないものとしてもよい。例えば、副相が２５体積％以下（主相が７５体積％以上）であることが好ましく、副相が１５体積％以下（主相が８５体積％以上）であることがより好ましく、副相が１０体積％以下（主相が９０体積％以上）であることが更に好ましい。ここで、主相とは、体積割合において５０％以上を有する成分をいい、副相とは、主相以外でＸＲＤピーク又はＥＰＭＡ元素マッピング像から特定された相をいうものとする。主相及び副相は、セラミックス部材の断面を電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察し、ＥＰＭＡ元素マッピング像を得ることにより求めることができる。断面観察における面積比は体積割合を反映すると考えられるため、主相はＥＰＭＡ元素マッピング像で５０％以上の面積を有する領域とし、副相は主相以外の領域とすることができる。
【００１６】
セラミックス材料は、酸化マグネシウムと酸化珪素と窒化アルミニウムとを混合し、この混合した粉末を用いて焼成して作製されているものとしてもよい。このセラミックス材料では、アルミニウム、珪素及び窒素の配合量にかかわらず、酸化マグネシウムのピークシフトを一定のものとすることができ、より安定した固溶結晶相とすることができる。この場合、副相としては、マグネシウムサイアロン及びフォルステライトを含むものとしてもよく、副相の主成分はマグネシウムサイアロンである場合が主である。なお、この製造方法については、詳しくは後述する。
【００１７】
セラミックス材料は、酸化マグネシウムと酸化アルミニウムと窒化珪素とを混合し、この混合した粉末を用いて焼成して作製されているものとしてもよい。このセラミックス材料では、アルミニウム、珪素及び窒素の配合量に応じて、酸化マグネシウムのピークシフトを変化させることができ、より容易に各元素の固溶量を変化させた固溶結晶相とすることができる。この場合、副相としては、マグネシウムサイアロン、フォルステライト及びスピネルを含むものとしてもよく、副相の主成分はマグネシウムサイアロン及びフォルステライトである場合が主である。なお、この製造方法については、詳しくは後述する。
【００１８】
このセラミックス材料において、開気孔率は１２％以下であることが好ましく、５％以下であることがより好ましく、１％以下であることが更に好ましい。ここでは、開気孔率は、純水を媒体としたアルキメデス法により測定した値とする。開気孔率が１２％を超えると、強度が低下するおそれや材料自身が脱粒によって発塵し易くなるおそれがあり、更に材料加工時等で気孔内に発塵成分がたまり易くなるため好ましくない。また、開気孔率は、できるだけゼロに近いほど好ましい。このため、特に下限値は存在しない。
【００１９】
また、セラミックス材料は、スパッタリングターゲット部材に利用することができる。即ち、本発明のスパッタリングターゲット材は、マグネシウム、珪素、アルミニウム、酸素及び窒素を主成分とするセラミックス材料であって、酸化マグネシウムにアルミニウム、珪素及び窒素が固溶した固溶結晶相を主相とするセラミックス材料からなるものとしてもよい。本発明のセラミックス材料は、酸化マグネシウムの結晶構造を維持し、より高い機能を有すると考えられ、スパッタリングターゲット部材に用いることが好ましい。このとき、副相が少ないものを、スパッタリングターゲット部材に利用することが好ましい。スパッタリングターゲット部材に副相を含む場合、主相と副相とのスパッタリングレートが異なる可能性があるが、副相が少ない場合には、成膜される膜の均質性の低下をより抑制することができ、また、スパッタリングターゲット部材からの発塵の発生などをより抑制することができる。このほか、アルミニウム、珪素及び窒素の固溶により、酸化マグネシウムの格子定数が変化することから、固溶量に伴い格子定数を調整でき、それによって被成膜材との格子の整合性を調整できる。
【００２０】
また、スパッタリングターゲット部材としては、例えば、磁気トンネル接合素子のトンネル障壁の作製に使用されるものとしてもよい。このようなアルミニウム、珪素及び窒素の固溶によって、酸化マグネシウムのバンドギャップ内に不純物準位が生成し、これによってトンネル障壁高さが低くなる等の効果が期待される。このセラミックス材料は、ハードディスクの磁気ヘッド及び磁気抵抗ランダムアクセスメモリのうち少なくとも１つの磁気トンネル接合素子の作製に使用されることが好ましい。これらは、低い電気抵抗や高い磁気抵抗比が必要とされるため、このセラミックス材料を用いるのが好適といえる。
【００２１】
次に、本発明のセラミックス材料の製造方法について説明する。本発明のセラミックス材料の製造方法は、酸化物及び窒化物のうち一方に珪素を含み、酸化物及び窒化物のうち他方にアルミニウムを含む原料粉末を用い酸化マグネシウムと酸化物と窒化物とを混合する混合工程と、混合した粉末を用いて不活性雰囲気下で焼成し酸化マグネシウムにアルミニウム、珪素及び窒素が固溶した固溶結晶相を主相とするセラミックス材料を作製する焼成工程と、を含む。
【００２２】
混合工程では、酸化物及び窒化物のうち一方に珪素を含み酸化物及び窒化物のうち他方にアルミニウムを含む原料粉末を用い酸化マグネシウムと酸化物と窒化物とを混合する処理を行う。原料の混合粉末としては、酸化マグネシウムと、アルミニウム、珪素、窒素、酸素、その他の成分などを含むものとしてもよい。この工程では、酸化マグネシウムと酸化珪素と窒化アルミニウムとを混合するものとしてもよい。こうすれば、アルミニウム、珪素及び窒素の配合量にかかわらず、酸化マグネシウムのピークシフトを一定のものとすることができ、より安定した固溶結晶相とすることができる。このとき、混合粉末組成において、酸化マグネシウムが６０．００質量％以上９９．９８質量％以下、酸化珪素が０．０１質量％以上３９．９９質量％以下、窒化アルミニウムが０．０１質量％以上３９．９９質量％以下となるように混合したものが好ましく、酸化マグネシウムが９０．００質量％以上９９．９８質量％以下、酸化珪素が０．０１質量％以上９．９９質量％以下、窒化アルミニウムが０．０１質量％以上９．９９質量％以下となるように混合したものが更に好ましい。あるいは、この工程では、酸化マグネシウムと酸化アルミニウムと窒化珪素とを混合するものとしてもよい。こうすれば、アルミニウム、珪素及び窒素の配合量に応じて、酸化マグネシウムのピークシフトを変化させることができ、より容易に各元素の固溶量を変化させた固溶結晶相とすることができる。このとき、混合粉末組成において、酸化マグネシウムが５０．００質量％以上９９．９８質量％以下、酸化アルミニウムが０．０１質量％以上４９．９９質量％以下、窒化珪素が０．０１質量％以上４９．９９質量％以下となるように混合したものが好ましく、酸化マグネシウムが９０．００質量％以上９９．９８質量％以下、酸化アルミニウムが０．０１質量％以上９．９９質量％以下、窒化珪素が０．０１質量％以上９．９９質量％以下となるように混合したものが更に好ましい。
【００２３】
焼成工程では、混合した粉末を用いて不活性雰囲気下で焼成し、酸化マグネシウムにアルミニウム、珪素及び窒素が固溶した結晶相を主相とするセラミックス材料を作製する。この工程では、混合した粉末を成形して焼成することが好ましい。焼成温度は１６００℃以上とすることが好ましく、１７００℃以上とすることがより好ましい。焼成温度が１６００℃未満では、目的とする固溶結晶相が得られないおそれがあるため好ましくない。また、十分にアルミニウム及び珪素などを固溶させるためには、１７００℃以上で焼成する方がより好ましい。なお、焼成温度の上限は、特に限定するものではないが、例えば１９００℃としてもよい。また、焼成はホットプレス焼成を採用することが好ましく、ホットプレス焼成時のプレス圧力は、５０〜３００ｋｇｆ／ｃｍ2とすることが好ましい。焼成時の雰囲気は、例えば窒素雰囲気やアルゴン雰囲気、ヘリウム雰囲気などの不活性雰囲気であることが好ましい。成形時の圧力は、特に制限するものではなく、形状を保持することのできる圧力に適宜設定すればよい。そして、酸化マグネシウムと酸化珪素と窒化アルミニウムとを混合して焼成したものでは、副相としてマグネシウムサイアロン及びフォルステライトを含む場合がある。また、酸化マグネシウムと酸化アルミニウムと窒化珪素とを混合して焼成したものでは、副相としてマグネシウムサイアロン、フォルステライト及びスピネルを含む場合がある。
【００２４】
以上説明した実施例のセラミックス材料の製造方法、セラミックス材料及びスパッタリングターゲット部材によれば、機能をより向上することができる。このセラミックス材料は、例えば、酸化マグネシウムのバンドギャップ内にアルミニウム、珪素及び窒素によるエネルギー準位が形成され、そこに電子が存在できることから、フェルミエネルギーが変化し、トンネル障壁高さを低くすることができ、ＭＴＪ素子の電気抵抗を低くできることが期待される。また、このトンネル障壁層は、酸化マグネシウムの結晶構造を維持したまま格子定数を変化させることができるため、磁性層との格子整合性をより向上することができ、より高い磁気抵抗比が得られることが期待される。
【００２５】
なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。
【実施例】
【００２６】
以下に、本発明の好適な適用例について説明する。実験例１〜８では、ＭｇＯ原料に純度９９．９％，平均粒径１．３μｍの市販品、Ａｌ2Ｏ3原料に純度９９．９％，平均粒径０．１μｍの市販品、Ｓｉ3Ｎ4原料に純度９９％以上、平均粒径１μｍ以下の市販品を使用した。また実験例９〜１８では、ＭｇＯ原料に純度９９．９％，平均粒径１．３μｍの市販品、ＡｌＮ原料に純度９９％以上，平均粒径１μｍの市販品、ＳｉＯ2原料に純度９９．９％，平均粒径０．８μｍの市販品を使用した。また実験例１９〜２１では、ＭｇＯ原料、Ａｌ2Ｏ3原料、ＡｌＮ原料、ＳｉＯ2原料及びＳｉ3Ｎ4原料に実験例１〜１８と同じものを使用した。なお、実験例１〜１８が本発明の実施例に相当し、実験例１９〜２１が比較例に相当する。
【００２７】
［実験例１］
混合工程では、表１に示すように、ＭｇＯ原料を９１．１７質量％、Ａｌ2Ｏ3原料を３．１１質量％及びＳｉ3Ｎ4原料を５．７２質量％となるように秤量し、イソプロピルアルコールを溶媒とし、ナイロン製のポット、直径２０ｍｍの鉄芯入りナイロンボールを用いて４時間湿式混合した。混合後スラリーを取り出し、窒素気流中１１０℃で乾燥した。その後、３０メッシュの篩に通し、混合粉末とした。成形工程では、この混合粉末を１００ｋｇｆ／ｃｍ2の圧力で一軸加圧成形し、直径５０ｍｍ、厚さ２０ｍｍ程度の円盤状成形体を作製し、焼成用黒鉛モールドに収納した。焼成工程では、円盤状成形体をホットプレス焼成することによりセラミックス材料を得た。ホットプレス焼成では、プレス圧力を２００ｋｇｆ／ｃｍ2とし、表１に示す焼成温度（最高温度１８００℃）で焼成し、焼成終了まで窒素雰囲気とした。焼成温度での保持時間は４時間とした。得られたセラミックス材料を実験例１とした。
【００２８】
［実験例２〜６］
ＭｇＯ原料を９１．０５質量％、Ａｌ2Ｏ3原料を４．６７質量％及びＳｉ3Ｎ4原料を４．２８質量％となるように秤量した以外は、実験例１と同様の工程を経て得られたセラミックス材料を実験例２とした。また、ＭｇＯ原料を９０．９３質量％、Ａｌ2Ｏ3原料を６．２２質量％及びＳｉ3Ｎ4原料を２．８５質量％となるように秤量した以外は、実験例１と同様の工程を経て得られたセラミックス材料を実験例３とした。また、ＭｇＯ原料を９０．８４質量％、Ａｌ2Ｏ3原料を７．４５質量％及びＳｉ3Ｎ4原料を１．７１質量％となるように秤量した以外は、実験例１と同様の工程を経て得られたセラミックス材料を実験例４とした。また、ＭｇＯ原料を９０．７７質量％、Ａｌ2Ｏ3原料を８．３８質量％及びＳｉ3Ｎ4原料を０．８５質量％となるように秤量した以外は、実験例１と同様の工程を経て得られたセラミックス材料を実験例５とした。また、ＭｇＯ原料を９６．９４質量％、Ａｌ2Ｏ3原料を２．１０質量％及びＳｉ3Ｎ4原料を０．９６質量％となるように秤量した以外は、実験例１と同様の工程を経て得られたセラミックス材料を実験例６とした。
【００２９】
［実験例７，８］
焼成温度を１７００℃に設定した以外は、実験例３と同様の工程を経て得られたセラミックス材料を実験例７とした。また、焼成温度を１６００℃に設定した以外は、実験例３と同様の工程を経て得られたセラミックス材料を実験例８とした。
【００３０】
［実験例９〜１４］
ＭｇＯ原料を９０．２５質量％、ＡｌＮ原料を２．４８質量％及びＳｉＯ2原料を７．２７質量％となるように秤量した以外は、実験例１と同様の工程を経て得られたセラミックス材料を実験例９とした。また、ＭｇＯ原料を９０．７７質量％、ＡｌＮ原料を３．７４質量％及びＳｉＯ2原料を５．４９質量％となるように秤量した以外は、実験例９と同様の工程を経て得られたセラミックス材料を実験例１０とした。また、ＭｇＯ原料を９１．３０質量％、ＡｌＮ原料を５．０２質量％及びＳｉＯ2原料を３．６８質量％となるように秤量した以外は、実験例９と同様の工程を経て得られたセラミックス材料を実験例１１とした。また、ＭｇＯ原料を９１．７３質量％、ＡｌＮ原料を６．０５質量％及びＳｉＯ2原料を２．２２質量％となるように秤量した以外は、実験例９と同様の工程を経て得られたセラミックス材料を実験例１２とした。また、ＭｇＯ原料を９２．０６質量％、ＡｌＮ原料を６．８３質量％及びＳｉＯ2原料を１．１１質量％となるように秤量した以外は、実験例９と同様の工程を経て得られたセラミックス材料を実験例１３とした。また、ＭｇＯ原料を９７．０７質量％、ＡｌＮ原料を１．６９質量％及びＳｉＯ2原料を１．２４質量％となるように秤量した以外は、実験例９と同様の工程を経て得られたセラミックス材料を実験例１４とした。
【００３１】
［実験例１５，１６］
焼成温度を１７００℃に設定した以外は、実験例１１と同様の工程を経て得られたセラミックス材料を実験例１５とした。また、焼成温度を１６００℃に設定した以外は、実験例１１と同様の工程を経て得られたセラミックス材料を実験例１６とした。
【００３２】
［実験例１７，１８］
焼成温度を１７００℃に設定した以外は、実験例９と同様の工程を経て得られたセラミックス材料を実験例１７とした。また、焼成温度を１６００℃に設定した以外は、実験例９と同様の工程を経て得られたセラミックス材料を実験例１８とした。
【００３３】
［実験例１９〜２１］
ＭｇＯ原料を１００質量％とし、焼成温度を１８５０℃に設定した以外は、実験例１と同様の工程を経て得られたセラミックス材料を実験例１９とした。また、ＭｇＯ原料を９０．２０質量％、Ａｌ2Ｏ3原料を６．１７質量％及びＳｉＯ2原料を３．６３質量％となるように秤量した以外は、実験例１と同様の工程を経て得られたセラミックス材料を実験例２０とした。また、ＭｇＯ原料を９１．７３質量％、ＡｌＮ原料を２．５２質量％及びＳｉ3Ｎ4原料を５．７５質量％となるように秤量した以外は、実験例１と同様の工程を経て得られたセラミックス材料を実験例２１とした。
【００３４】
［評価］
実験例１〜２１で得られた各材料を各種評価用に加工し、以下の評価を行った。各評価結果を表１に示す。
【００３５】
（１）嵩密度・開気孔率
純水を媒体としたアルキメデス法により測定した。
【００３６】
（２）結晶相評価
材料を乳鉢で粉砕し、Ｘ線回折装置により結晶相を同定した。測定条件はＣｕＫα，４０ｋＶ，４０ｍＡ，２θ＝５−７０°とし、封入管式Ｘ線回折装置（ブルカー・エイエックスエス製  Ｄ８  ＡＤＶＡＮＣＥ）を使用した。測定のステップ幅は０．０２°とし、ピークトップの回折角を特定する場合は内部標準としてＮＩＳＴ製Ｓｉ標準試料粉末（ＳＲＭ６４０Ｃ）を５質量％添加し、ピーク位置を補正した。酸化マグネシウムのピークトップの回折角は、ＩＣＤＤ７８−０４３０の値とした。
【００３７】
（３）構成元素
ＥＰＭＡを用いて、構成元素の検出及び同定と、各構成元素の濃度分析を行った。結晶相の同定において、主相及び副相は、セラミックス部材の断面を電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察し、ＥＰＭＡ元素マッピング像を得ることにより求めた。断面観察における面積比は体積割合を反映すると考えられるため、主相はＥＰＭＡ元素マッピング像で５０％以上の面積を有する領域とし、副相は主相以外の領域とし、この主相と副相とを求めた。また、ＴＥＭ−ＥＤＸを用いて、主相の粒子を構成する元素の検出及び同定を行った。
【００３８】
（４）曲げ強度
ＪＩＳ−Ｒ１６０１に準拠した曲げ強度試験によって測定した。
【００３９】
【表１】
0005873366.tif 000002
【００４０】
［評価結果］
図１は、実験例３のＸＲＤ測定結果及び固溶結晶相のピーク拡大図である。また、図２は、実験例１１のＸＲＤ測定結果及び固溶結晶相のピーク拡大図である。図１，２，表１に示すように、実験例１〜１８のセラミックス材料は、結晶相評価の結果、酸化マグネシウムとその他の異相のピークが観測され、酸化マグネシウムの（２２０）面に該当する６２．３°付近のＸＲＤピークがＩＣＤＤ７８−０４３０のピーク位置から高角側にシフトしており、酸化マグネシウムに、アルミニウム、珪素及び窒素が固溶した固溶結晶相を形成しているものと推察された。一方、酸化マグネシウムと酸化アルミニウムと酸化珪素とを混合した実験例２０では、このような（２２０）面のピークシフトは見られず、アルミニウム、珪素及び窒素が酸化マグネシウムに固溶していないことがわかった。また、酸化マグネシウムと窒化アルミニウムと窒化珪素とを混合した実験例２１でも、このような（２２０）面のピークシフトは見られず、アルミニウム、珪素及び窒素が酸化マグネシウムに固溶していないことがわかった。したがって、アルミニウム、珪素及び窒素を固溶化させるには、酸化物と窒化物とを混合する必要があることがわかった。また、表１に示すように、焼成温度は、１６００℃〜１８００℃の範囲で固溶結晶相が得られることがわかった。
【００４１】
また、酸化マグネシウムと酸化アルミニウムと窒化珪素とを混合して焼成した実験例１〜８のセラミックス材料は、酸化マグネシウムの固溶結晶相を主相とし、副相としてマグネシウムサイアロン、フォルステライト及びスピネルを含む場合があった。この実験例１〜５では、表１に示すように、アルミニウム、珪素及び窒素の配合量に応じて、酸化マグネシウムのピークシフトが変化することがわかった。このため、酸化マグネシウムと酸化アルミニウムと窒化珪素とを混合して焼成すると、より容易に各元素の固溶量を変化させた固溶結晶相とすることができることがわかった。また、酸化マグネシウムと酸化珪素と窒化アルミニウムとを混合して焼成した実験例９〜１８のセラミックス材料は、副相としてマグネシウムサイアロン及びフォルステライトを含む場合があった。この実験例９〜１３では、表１に示すように、アルミニウム、珪素及び窒素の配合量にかかわらず、酸化マグネシウムのピークシフトが略一定であることがわかった。このため、酸化マグネシウムと酸化珪素と窒化アルミニウムとを混合して焼成すると、より安定した固溶結晶相とすることができることがわかった。
【００４２】
図３は、実験例３，１１，１９のＥＰＭＡ元素マッピング像である。ＥＰＭＡ元素マッピング像は、濃度に応じて、赤・橙・黄・黄緑・緑・青・藍に色分けされており、赤が最も高濃度、藍が最も低濃度、黒はゼロを表す。以下に図３の本来の色について説明する。実験例３、１１では、Ｍｇ及びＯは地色が橙で点部分が緑、Ａｌ、Ｓｉ及びＮは地色が青で点部分が橙だった。即ち、全体に亘りＡｌ，Ｓｉ及びＮが存在した。一方、実験例１９は、Ｍｇ及びＯは地色が赤、Ａｌ、Ｓｉ及びＮは黒であった。図３に示すように、実験例３，１１の主相部は主としてＭｇとＯで構成されるが、Ａｌ、Ｓｉ及びＮも同時に検出されたことから、酸化マグネシウムにアルミニウム、珪素及び窒素が固溶した固溶結晶相が主相であるものと認められた。図３の実験例３、１１の固溶結晶相の面積比はそれぞれ約９０．２％、約８５．２％であり、これが主相であった。なお、ここでは、一例として、主相と副相との判定をＥＰＭＡ元素マッピングにて行うものとしたが、各相の体積割合を識別できる方法であれば、例えば、ＸＲＤのピーク面積比など、他の方法を採用してもよい。また、図には示さないが実験例３、１１のＴＥＭ−ＥＤＸからも、主相である粒子は主にＭｇとＯで構成されるが、Ａｌ、Ｓｉ及びＮも同時に検出されたことから、主相は酸化マグネシウムにアルミニウム、珪素及び窒素が固溶した固溶体結晶であるものと認められた。
【００４３】
このように、作製したセラミックス材料は、酸化マグネシウムの結晶構造を維持し且つアルミニウム、珪素及び窒素（ここでは特に珪素）が固溶しており、酸化マグネシウムのバンドギャップ内にアルミニウム、珪素及び窒素によるエネルギー準位が形成され、そこに電子が存在できることから、フェルミエネルギーが変化し、トンネル障壁高さを低くすることができるものと推察される。このため、作製したセラミックス材料をスパッタリングターゲット部材として用い、ＭＴＪ素子の製造に用いるものとすれば、ＭＴＪ素子の電気抵抗を低くできることが期待される。また、このトンネル障壁層は、酸化マグネシウムの結晶構造を維持したまま格子定数を変化させることができるため、磁性層との格子整合性をより向上することができ、より高い磁気抵抗比が得られることが期待される。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明のセラミックス材料は、例えば、ハードディスクの磁気ヘッド及び磁気抵抗ランダムアクセスメモリなどの磁気トンネル接合素子の作製用のスパッタリングターゲット部材に用いられる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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