(57)【要約】【課題】  グラニュラ膜を利用し、積層磁性薄膜の高抵抗率化と、高周波帯域における優れた軟磁気特性の両立を図る。【解決手段】  積層磁性薄膜１０は、基板１２上に、絶縁層１４とグラニュラ層１６を交互に複数成膜した積層構造となっている。絶縁層１４は、ＳｉＯ２膜によって形成される。グラニュラ層１６は、ＦｅＮｉＳｉＯ膜によって形成されており、磁性粒子２０を包み込むように、粒界に絶縁体１８が存在する構造となっている。成膜時に基板１２の加熱を行うことで、絶縁層１４及び絶縁体１８の絶縁性を向上させて抵抗率を高めることができる。また、所定の範囲内の組成の磁性粒子２０の粒径を、絶縁層１４及びグラニュラ磁性層１６の厚みや、絶縁体１８に対する磁性粒子２０の比率を変えて適正化することにより、高抵抗率化に起因する磁気特性の劣化を抑制し、高い磁気特性と高抵抗率の両立が可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性粒子が絶縁体に包み込まれたグラニュラ膜を利用した積層磁性薄膜の製造方法であって、
基板上に、絶縁層と前記グラニュラ膜からなる磁性層とを交互に複数成膜して積層する際に、前記基板の加熱を行うことを特徴とする積層磁性薄膜の製造方法。
【請求項２】
前記磁性粒子がＦｅ−Ｎｉ合金であり、前記絶縁体及び絶縁層がＳｉＯ２であることを特徴とする請求項１記載の積層磁性薄膜の製造方法。
【請求項３】
前記磁性層と絶縁層の成膜時の基板温度を、１５０℃以上としたことを特徴とする請求項１又は２記載の積層磁性薄膜の製造方法。
【請求項４】
前記成膜時の基板温度を、好ましくは、１６０℃〜１８０℃としたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の積層磁性薄膜の製造方法。
【請求項５】
前記磁性粒子中のＮｉ組成を、２０〜４０ａｔｍ％としたことを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の積層磁性薄膜の製造方法。
【請求項６】
前記絶縁層の厚みを、１．５〜３．０ｎｍとしたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の積層磁性薄膜の製造方法。
【請求項７】
前記磁性層の厚みを、３．５〜７．０ｎｍとしたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の積層磁性薄膜の製造方法。
【請求項８】
前記磁性層中の絶縁体に対する磁性粒子の体積の比率を、１．３〜１．７としたことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の積層磁性薄膜の製造方法。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載の製造方法によって形成されたことを特徴とする積層磁性薄膜。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁体中に磁性粒子が点在するグラニュラ膜を利用した積層磁性膜及びその製造方法に関し、更に具体的には、高抵抗率の実現と高周波帯域における軟磁気特性の劣化抑制に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
情報通信技術の発展は、情報通信量の飛躍的な増加を促し、高機能な情報端末の需要を引き起こしている。このような情報端末は、高い通信速度とともに高い利便性が強く求められるため、電子部品の小型化や低消費電力化に対する要求も強くなっている。上述した流れの中で、近年の半導体技術は、これまで使用されることのなかった異種材料を適用することによって小型化などへの対応を進めており、磁性材料の適用も検討され始めている。しかしながら、現在の携帯電話や無線ＬＡＮなどの通信機器は、ＧＨｚの高周波帯域を動作周波数としているため、ＧＨｚ帯域で動作する磁性材料でなければ、これらのデバイスに適用することは難しい。
【０００３】
一般的に、磁性薄膜の動作周波数を高めるためには、共振周波数を高める必要がある。共振周波数は、飽和磁化と異方性磁界の積の１／２乗に比例するため、これらの値を大きくした材料の開発が盛んに行われている。現在用いられている主な磁性体は、金属磁性体，アモルファス金属磁性体，酸化物磁性体などに分類できる。これらのうち、金属磁性体は、抵抗率が低いため、周波数が高くなると渦電流損失が急激に増加してしまい高周波帯域での使用は難しい。アモルファス金属磁性体は、金属に比べると抵抗率が１０倍以上大きく、ある程度高い周波数での使用が可能であるが、ＧＨｚ帯域となると渦電流損失が大きいために使用できない。フェライトなどの酸化物磁性体は、抵抗率が非常に高いため、渦電流損失はほぼ無視することができるが、金属系の磁性体に比べて飽和磁化が半分以下となるため、透磁率の値が極めて低くなり実用性に乏しくなる。
【０００４】
以上のように、磁性体を高周波帯域で使用するには多くの問題点が存在するが、近年になって、グラニュラ構造の磁性薄膜が高周波用の磁性体として着目され、研究開発がすすめられている（例えば、以下の特許文献１）。グラニュラ構造とは、ｎｍ（１０−９ｍ）サイズの磁性粒子を絶縁体である金属酸化物が包み込んだ構造であり、磁性粒子の微細化による高い軟磁気特性と酸化物の粒界による高い抵抗率が得られる。グラニュラ構造磁性薄膜は、通常、１０−５〜１０−２Ωｃｍと、金属磁性体の１００〜１０００倍程度の高い抵抗率をとるため、渦電流損失の影響が比較的小さくなり、ＧＨｚ帯域などの高周波でも十分な磁気特性が得られている。
【特許文献１】特開２００２−２９９１１１公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した抵抗率の値は、金属磁性体と比較すれば高いものの、絶縁体とみなせるほど高くはないため、実際のデバイスに用いた場合では、他の金属部位との間で寄生容量成分を生じてしまう。この寄生容量は、非常に小さい値であるため、通常はほとんど悪影響を与えることはないが、ＧＨｚ帯域ほどの高周波帯域では、寄生容量のインピーダンスが無視できなくなるため、デバイスの特性を大きく劣化させるという不都合がある。寄生容量を低減するためには、更なる抵抗率の増加が必要となるが、通常のグラニュラ構造では、抵抗率を増やすために絶縁体の割合を多くすると、伝導電子を介した磁性粒子間の交換相互作用が低下し、磁性粒子が強磁性を失って超常磁性状態になるために、磁気特性が大幅に劣化してしまうという問題がある。
【０００６】
本発明は、以上の点に着目したもので、その目的は、グラニュラ膜を利用し、高い抵抗率と、高周波帯域における優れた軟磁気特性を備えた積層磁性薄膜及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するため、本発明は、磁性粒子が絶縁体に包み込まれたグラニュラ膜を利用した積層磁性薄膜の製造方法であって、基板上に、絶縁層と前記グラニュラ膜からなる磁性層とを交互に複数成膜して積層する際に、前記基板の加熱を行うことを特徴とする。
【０００８】
主要な形態の一つは、前記磁性粒子がＦｅ−Ｎｉ合金であり、前記絶縁体及び絶縁層がＳｉＯ２であることを特徴とする。他の形態は、前記磁性層と絶縁層の成膜時の基板温度を、１５０℃以上，好ましくは、１６０℃〜１８０℃としたことを特徴とする。
【０００９】
他の形態は、(1)前記磁性粒子中のＮｉ組成を、２０〜４０ａｔｍ％としたこと，(2)前記絶縁層の厚みを、１．５〜３．０ｎｍとしたこと，(3)前記磁性層の厚みを、３．５〜７．０ｎｍとしたこと，(4)前記磁性層中の絶縁体に対する磁性粒子の体積の比率を、１．３〜１．７としたことを特徴とする。
【００１０】
本発明の積層磁性薄膜は、請求項１〜８のいずれかに記載の製造方法で形成されたことを特徴とする。本発明の前記及び他の目的，特徴，利点は、以下の詳細な説明及び添付図面から明瞭になろう。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、ｎｍサイズの微細な磁性粒子を絶縁体で包み込んだグラニュラ構造の磁性層と、絶縁層とをｎｍオーダーで積層した積層構造において、成膜時の基板加熱を行うことで、前記絶縁層及び絶縁体の双方の絶縁性を向上させて抵抗率を高めることができる。また、所定の範囲内の組成の磁性金属の粒子の粒径を、絶縁層及び磁性層の厚みや、絶縁体に対する磁性粒子の比率を変えて適正化することにより、高抵抗率化に起因する磁気特性の劣化を抑制し、高い磁気特性と高抵抗率の両立が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、実施例に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１３】
最初に、図１〜図１１を参照しながら本発明の実施例１を説明する。図１(A)は、本実施例にかかる積層磁性薄膜（ないし積層グラニュラ膜）１０の主要断面図，図１(B)はグラニュラ磁性層１６（以下「グラニュラ層」）の様子を上面から観察したときの模式図である。図１に示すように、積層磁性薄膜１０は、基板１２上に、絶縁層１４とグラニュラ層１６を交互に複数成膜した積層構造となっている。前記基板１２としては、例えば、Ｓｉが用いられ、絶縁層１４は、例えば、ＳｉＯ２膜によって形成される。また、グラニュラ層１６は、例えば、Ｆｅ−Ｎｉ合金とＳｉＯ２からなるＦｅＮｉＳｉＯ膜によって形成されており、図１(B)に示すように、絶縁体１８と金属などの磁性粒子２０が分離・共存するグラニュラ薄膜よりなる。すなわち、磁性粒子２０を包み込むように、粒界に絶縁体１８が存在する構造となっている。なお、磁性粒子２０としては、Ｆｅ−Ｎｉ合金のほか、ＮｉまたはＦｅなどを用いるようにしてもよいが、本発明においては、Ｆｅ−Ｎｉ合金を使用することで、特に高品質の膜を得ることができる。
【００１４】
製造方法の一例を示すと、誘導結合型ＲＦスパッタ装置を用い、(1)雰囲気ガス：Ａｒ，(2)成膜圧力：４２０ｍＰａ，(3)背圧：１．０×１０−５Ｐａ以下，(4)膜厚：５００ｎｍ，(5)ターゲット：Ｆｅ，Ｎｉ，ＳｉＯ２，の作製条件で、基板１２上に所望のｎｍオーダーの厚みを有するＦｅＮｉＳｉＯ薄膜（グラニュラ層１６）とＳｉＯ２薄膜（絶縁層１４）を繰り返し成膜し、積層磁性薄膜１０を形成する。本実施例では、前記積層磁性膜１０の成膜時の基板温度，ＦｅＮｉ合金（磁性粒子２０）中のＮｉ組成，絶縁層１４の厚みＷＩ，グラニュラ層１６の厚みＷＭ，グラニュラ層１６中の絶縁体１８に対する磁性粒子２０の比率，をパラメータとして、積層磁性薄膜１０の抵抗率と磁気特性が実用に適した値となる範囲を検討した。
【００１５】
＜基板温度＞・・・まず、図２及び図３を参照して、成膜時の基板１２の温度について検討する。図２は、周波数１００ＭＨｚ（０．１ＧＨｚ）における本実施例の積層磁性薄膜１０の透磁率及び抵抗率と、成膜時の基板温度の関係を示すグラフであり、横軸は基板温度（℃）、縦軸は、透磁率および抵抗率（Ωｃｍ）をそれぞれ表している。なお、抵抗率を示す縦軸は対数目盛となっている。図３は、積層磁性薄膜の飽和磁化及び保磁力と、成膜時の基板温度の関係をグラフであり、横軸は基板温度（℃），縦軸は、飽和磁化（Ｔ）及び保磁力（Ｏｅ）をそれぞれ表している。なお、基板１２の温度は、２０℃〜２００℃の間で変化させるものとし、他の条件は、合金中のＮｉ組成を３０ａｔｍ％，グラニュラ層１６の厚みを６ｎｍ，絶縁層１４の厚みを２ｎｍ，グラニュラ層１６中のＦｅＮｉ／ＳｉＯ２比率を１．６で固定した。
【００１６】
図２に示すように、抵抗率は、基板温度（成膜温度）の上昇に応じて指数関数的に増加する。一方、透磁率は、基板温度の上昇に応じて減少し、特に１６０℃から２００℃にかけて急激な減少を示している。これに対し、図３に示すように、飽和磁化及び保磁力については、成膜温度による変化はほとんど観察されていない。基板温度の増加によって抵抗率が増加していることから、抵抗率の高い積層磁性薄膜１０を作製するためには、成膜時の基板１２の温度を高めることが有効な手段であることが分かる。基板温度の増加による抵抗率向上は、飽和磁化／保磁力などの静磁気特性がほとんど変化していないことを考慮に入れると、磁性金属（磁性粒子２０）の酸化などの磁気特性の劣化を伴う変化ではなく、絶縁層１４及び絶縁体１８の双方の絶縁性の向上が主要な原因として考えられる。また、１６０℃から２００℃にかけての透磁率の急激な減少は、一軸性の磁気異方性が消失して面内等方磁化膜に変化した要素が大きく作用していると考えられる。従って、極端に高い基板温度は、一軸磁気異方性の形成を妨げて、結果として透磁率などの磁気特性を劣化させる原因となりうることから、抵抗率が１〜１０Ωｃｍ，透磁率が１００以上となるためには、基板温度を１５０℃以上，好ましくは、１６０〜１８０℃の範囲内とするのがよいことが分かる。
【００１７】
＜合金組成＞・・・次に、図４及び図５を参照して、磁性粒子２０として用いているＦｅ−Ｎｉ合金中のＮｉ組成について検討する。図４は、周波数１００ＭＨｚ（０．１ＧＨｚ）における積層磁性薄膜１０の透磁率及び抵抗率と、磁性粒子２０中のＮｉ組成の関係を示すグラフであり、横軸はＦｅ−Ｎｉ合金（磁性粒子２０）中のＮｉ組成（ａｔｍ％）、縦軸は、透磁率および抵抗率（Ωｃｍ）をそれぞれ表している。図５は、積層磁性薄膜１０の飽和磁化及び保磁力と、磁性粒子２０中のＮｉ組成の関係をグラフであり、横軸はＦｅ−Ｎｉ合金中のＮｉ組成（ａｔｍ％），縦軸は飽和磁化（Ｔ）及び保磁力（Ｏｅ）をそれぞれ表している。なお、Ｆｅ−Ｎｉ合金中のＮｉ組成は、０〜５０ａｔｍ％の間で変化させるものとし、他の条件は、基板１２の温度を１６０℃，グラニュラ層１６の厚みを６ｎｍ，絶縁層１４の厚みを２ｎｍ，グラニュラ層１６中のＦｅＮｉ／ＳｉＯ２比率を１．６で固定した。
【００１８】
図４に示すように、抵抗率は、Ｎｉ組成が３０〜４０ａｔｍ％付近で極小値をとり、その前後で増加しているが、０〜５０ａｔｍ％のいずれの組成においても抵抗率は常に１Ωｃｍを超えている。このため、多少の差は生じるものの、抵抗率の観点から見れば、Ｎｉ組成が０〜５０ａｔｍ％の広い範囲で、高抵抗率の積層磁性薄膜１０を作製可能であることが分かる。透磁率について見ると、Ｎｉ組成が３０ａｔｍ％で極大値をとり、その前後の組成で急激に減少している。これは、Ｎｉ組成が高い領域における超常磁性成分の増加と、Ｎｉ組成が低い領域における結晶磁気異方性の増加による軟磁性の劣化に起因していると考えられる。また、このような透磁率の結果は、図５に示す静磁気特性の結果からも説明することが可能である。すなわち、Ｎｉ組成が２０ａｔｍ％以下における保磁力の増加と飽和磁化の減少が結晶磁気異方性の増加を示唆し、Ｎｉ組成が４０ａｔｍ％以上における飽和磁化の減少が超常磁性成分の増加を示唆している。一方、Ｎｉ組成が２０〜４０ａｔｍ％のＦｅ−Ｎｉ合金では、適度な大きさの結晶磁気異方性と、超常磁性配列を妨げる充分な大きさの飽和磁化を併せて持っていると考えられる。以上の結果から、透磁率，飽和磁化，保磁力の面も考慮すると、高抵抗率（１〜１０Ωｃｍ）の積層磁性薄膜１０を形成する際に最適なＦｅ−Ｎｉ合金の組成は、Ｎｉが２０〜４０ａｔｍ％程度の範囲，より好ましくは、２５〜３５ａｔｍ％の範囲であることが分かる。
【００１９】
＜絶縁層の厚み＞・・・次に、図６及び図７を参照して、絶縁層１４の厚みＷＩについて検討する。図６は、周波数１００ＭＨｚ（０．１ＧＨｚ）における積層磁性薄膜１０の透磁率及び抵抗率と、絶縁層１４（ＳｉＯ２膜）の厚みの関係を示すグラフであり、横軸は絶縁層１４の厚みＷＩ（ｎｍ），縦軸は、透磁率および抵抗率（Ωｃｍ）をそれぞれ表している。図７は、積層磁性薄膜１０の飽和磁化及び保磁力と、絶縁層１４の厚みの関係を示すグラフであり、横軸は絶縁層１４の厚みＷＩ（ｎｍ），縦軸は飽和磁化（Ｔ）及び保磁力（Ｏｅ）をそれぞれ表している。なお、絶縁層１４の厚みＷＩは、０〜３．０ｎｍの間で変化させるものとし、他の条件は、成膜時の基板１２の温度を１６０℃，合金中のＮｉ組成を３０ａｔｍ％，グラニュラ層１６の厚みを６ｎｍ，グラニュラ層１６中のＦｅＮｉ／ＳｉＯ２比率を１．６で固定した。
【００２０】
図６に示すように、抵抗率は、絶縁層１４の厚みＷＩを増やしていくにつれて、０〜０．５ｎｍ，１．０〜１．５ｎｍ，２．０〜３．０ｎｍの３段階で階段状に増加しており、透磁率は、１．５ｎｍで極大値をとっている。抵抗率が段階的に変化しているのは、それぞれの領域で以下に示すような構造を形成しているためであると考えられる。
【００２１】
まず、絶縁層１４の厚みＷＩが０〜０．５ｎｍの領域では、絶縁層１４が存在しない，もしくは、その厚みＷＩが薄すぎるために、積層構造が形成できない状態にある。従って、積層磁性薄膜１０の微細構造は、磁性粒子２０が３次元にランダムに配置された状態であり、絶縁層１４の介在による抵抗率の増加がほとんどなく、積層構造特有の磁性粒子２０の粒径制御／配列化による透磁率の増加もほとんど起こらない。図７も参照すると、この領域では、飽和磁化は高い反面、保磁力が高くなっているが、この原因も、ランダムな磁性粒子２０の配置に起因していると考えられる。
【００２２】
次に、絶縁層１４の厚みＷＩが１．０〜１．５ｎｍの領域では、部分的に積層構造が形成されて、磁性粒子２０の粒成長が抑制される効果が現れる。この構造では、磁性粒子２０が微細化されるために、絶縁層１４の効果が高くなり、抵抗率がある程度高くなる。また、磁性粒子２０が均一に作製できているため、透磁率の値が大幅に増加する。図７も参照すると、絶縁層１４の割合が若干高くなるために、飽和磁化がわずかに低下するものの、磁性粒子２０の微細化の効果により保磁力が非常に小さくなっている。
【００２３】
絶縁層１４の厚みＷＩが２．０〜３．０ｎｍの領域では、磁性粒子２０の粒成長抑制の効果に加えて、絶縁層１４が明瞭に形成されていると考えられる。この構造では、微細な磁性粒子２０と積層化された絶縁層１４の相乗効果により、抵抗率が非常に高くなる。一方で、図７に示すように、絶縁層１４の比率が更に高くなることによる飽和磁化の低下により、透磁率の値が若干減少する傾向にある。以上の結果から、１Ωｃｍオーダーの抵抗率という観点から見ると、絶縁層１４の厚みＷＩは、積層の効果が現れる１．５〜３．０ｎｍ程度，より好ましくは、２．０〜２．５ｎｍの範囲内が都合がよいと考えられる。
【００２４】
＜グラニュラ層の厚み＞・・・次に、図８及び図９を参照して、グラニュラ層１６の厚みＷＭについて検討する。図８は、周波数１００ＭＨｚ（０．１ＧＨｚ）における積層磁性薄膜１０の透磁率及び抵抗率と、グラニュラ層１６（ＦｅＮｉＳｉＯ膜）の厚みの関係を示すグラフであり、横軸はグラニュラ層１６の厚みＷＭ（ｎｍ），縦軸は、透磁率および抵抗率（Ωｃｍ）をそれぞれ表している。なお、抵抗率を示す縦軸は対数目盛となっている。図９は、積層磁性薄膜１０の飽和磁化及び保磁力と、グラニュラ層１６の厚みの関係を示すグラフであり、横軸はグラニュラ層１６の厚みＷＭ（ｎｍ），縦軸は飽和磁化（Ｔ）及び保磁力（Ｏｅ）をそれぞれ表している。なお、グラニュラ層１６の厚みＷＭは、２〜１０ｎｍの間で変化させるものとし、他の条件は、成膜時の基板１２の温度を１６０℃，合金中のＮｉ組成を３０ａｔｍ％，絶縁層１４の厚み２ｎｍ，グラニュラ層１６中のＦｅＮｉ／ＳｉＯ２比率を１．６で固定した。
【００２５】
図８に示すように、抵抗率は、グラニュラ層１６の厚みＷＭが増加するに従って、単調に減少する傾向を示し、透磁率は４ｎｍ付近で極大値を示している。抵抗率が減少するのは、グラニュラ層１６の厚みＷＭが増えると、その厚みに比例して磁性粒子２０の粒径が大きくなる依存性があるため、結果として導電率の高い層が支配的になるためであると考えられる。一方、４ｎｍ以下の領域における透磁率の減少は、磁性粒子２０が微細化されすぎたことによって、磁気モーメントが熱振動によって揃わなくなる超常磁性状態の影響が大きくなることに起因していると考えられる。逆に、４ｎｍ以上の領域における透磁率の減少は、磁性粒子２０の粒径が大きくなって単位体積あたりの表面積の割合が減少することにより、隣接粒子間との交換相互作用が低下することが原因として考えられる。
【００２６】
飽和磁化の特性については、図９に示すように、グラニュラ層１６の厚みＷＭが３ｎｍ以下の領域で急激に低下しており、積層磁性薄膜１０が強磁性を失って、超常磁性に変化していることを示唆している。また、保磁力も、グラニュラ層１６の厚みＷＭが３ｎｍ以下になるにつれて減少しているが、これは、強磁性の喪失に起因するものであって、軟磁気特性の向上を示すものではない。以上の結果を考慮すると、グラニュラ層１６の厚みＷＭは、３．５〜７．０ｎｍ程度，より好ましくは、４．０〜６．０ｎｍの範囲とするのが適していると考えられる。
【００２７】
＜グラニュラ層中の磁性金属の比率＞・・・次に、図１０及び図１１を参照して、グラニュラ層１６中の絶縁体１８に対する磁性粒子（磁性金属）２０の比率，すなわち、ＦｅＮｉ／ＳｉＯ２について検討する。図１０は、周波数１００ＭＨｚ（０．１ＧＨｚ）における積層磁性薄膜１０の透磁率及び抵抗率と、グラニュラ層１６中のＦｅＮｉ／ＳｉＯ２比率の関係を示すグラフであり、横軸は、ＦｅＮｉ／ＳｉＯ２比率，縦軸は、透磁率および抵抗率（Ωｃｍ）をそれぞれ表している。なお、抵抗率を示す縦軸は対数目盛となっている。図１１は、積層磁性薄膜１０の飽和磁化及び保磁力と、グラニュラ層１６中のＦｅＮｉ／ＳｉＯ２比率の関係を示すグラフであり、横軸はＦｅＮｉ／ＳｉＯ２比率，縦軸は飽和磁化（Ｔ）及び保磁力（Ｏｅ）をそれぞれ表している。なお、ＦｅＮｉ／ＳｉＯ２比率は、０．８〜２．０の間で変化させるものとし、他の条件は、成膜時の基板１２の温度を１６０℃，合金中のＮｉ組成を３０ａｔｍ％，絶縁層１４の厚みを２ｎｍ，グラニュラ層１６の厚みを６ｎｍで固定した。
【００２８】
図１０に示すように、抵抗率は、絶縁体１８（ＳｉＯ２）に対する磁性粒子２０（Ｆｅ−Ｎｉ）の比率が高くなるにつれて減少し、特に、１．８以上の領域では急激に減少している。逆に、透磁率は、比率が高くなるにつれて急激な増加を示している。グラニュラ層１６中の絶縁体１８と磁性粒子２０の比率は、主に、薄膜面内方向の絶縁体１８の厚みに影響を及ぼす。すなわち、比率が小さくなると磁性粒子２０の割合が小さくなるために、絶縁体１８の厚みが増して抵抗率が上昇し、比率が高くなると磁性粒子２０の割合が大きくなって、絶縁体１８の厚みが減少して抵抗率が低下する。特に、絶縁体１８の厚みが薄くなって、隣接する磁性粒子２０同士がほぼ金属的に結合した状態になると、抵抗率は極端に小さくなると予測されるが、前記比率が１．８から２．０へ向かう領域での抵抗率の急激な減少は、このような磁性粒子２０間の結合状態の変化によるものであると考えられる。
【００２９】
従って、抵抗率の値を考えると、絶縁体１８に対する磁性粒子２０の比率をできるだけ小さくすることが望ましいが、極端に小さくしてしまうと、磁性粒子２０が超常磁性になり透磁率が減少してしまう。このため、抵抗率と透磁率のバランスを考慮に入れると、ＦｅＮｉ／ＳｉＯ２比率（体積の比率）は、１．３〜１．７の範囲内，より好ましくは、１．４〜１．６の範囲内とするのが都合がよい。なお、図１１に示すように、飽和磁化は、前記比率が増えるに従って増加しているが、これは磁性粒子２０の割合が高くなったことに起因しており、保磁力は、超常磁性成分の影響によって変化しているものと考えられる。
【００３０】
このように、実施例１によれば、次のような効果がある。
(1)ｎｍサイズの微細な磁性粒子２０を絶縁体１８で包み込んだグラニュラ層１６と絶縁層１４とを、ｎｍオーダーで積層した積層構造において、成膜時の基板加熱を行うこととしたので、前記絶縁層１４及び絶縁体１８の双方の絶縁性を向上させて抵抗率を高めることができる。これにより、積層磁性薄膜１０をデバイスに用いたときの損失を低減することができる。
(2)所定の範囲内の組成の磁性粒子２０の粒径を、絶縁層１４及びグラニュラ磁性層１６の厚みや、絶縁体１８に対する磁性粒子２０の比率を変えて適正化することにより、高抵抗率化に起因する磁気特性の劣化を抑制し、高い磁気特性と高抵抗率の両立が可能となる。
【００３１】
なお、本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることができる。例えば、以下のものも含まれる。
(1)前記実施例では、磁性粒子２０としてＦｅ−Ｎｉ合金を用いたが、各種の磁性金属を用いるようにしてよい。例えば、Ｃｏ，Ｆｅ，Ｎｉなどを用いることができる。また、絶縁層１４及び絶縁体１８として、ＳｉＯ２を用いたが、Ａｌ２Ｏ３，ＭｇＯなどの他の絶縁体を用いるようにしてもよい。基板１２についても一例であり、公知の各種の基板を用いるようにしてよい。
(2)絶縁層１４とグラニュラ層１６の積層数も一例であり、同様の効果を奏するように適宜増減可能である。
(3)前記実施例に示した成膜条件も一例であり、上述した膜厚や基板温度を満たす範囲内であれば、必要に応じて適宜変更してよい。
(4)本発明の積層磁性薄膜１０は、薄膜インダクタや薄膜トランスなどの高周波帯域で使用される各種磁性部品や機器に適用可能であり、更には、それらを携帯電話などの各種機器に適用するようにしてよい。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明によれば、絶縁層と、ｎｍサイズの微細な磁性粒子を絶縁体で包み込んだグラニュラ構造の磁性層とをｎｍオーダーで積層した積層構造において、成膜時の基板加熱を行うことで、前記絶縁層や絶縁体の絶縁性を向上させて抵抗率を高める。また、所定の範囲内の組成の磁性金属の粒子の粒径を、絶縁層及びグラニュラ磁性層の厚みや、絶縁体に対する磁性金属の比率を変えて適正化することにより、抵抗率を高めることに起因する軟磁気特性の劣化を抑制し、高い磁気特性と高抵抗率の両立を可能とする。このため、例えば、高周波帯域で利用される積層磁性薄膜の用途などに広く適用できる。特に、高周波帯域で利用される薄膜インダクタなどの磁性部品や電子機器の用途に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施例１を示す図であり、(A)は積層構造を示す主要断面図，(B)はグラニュラ層の構造を示す模式図である。
【図２】前記実施例１の透磁率及び抵抗率と、成膜時の基板温度の関係を示すグラフである。
【図３】前記実施例１の飽和磁化及び保磁力と、成膜時の基板温度の関係を示すグラフである。
【図４】前記実施例１の透磁率及び抵抗率と、磁性粒子中のＮｉ組成の関係を示すグラフである。
【図５】前記実施例１の飽和磁化及び保磁力と、磁性粒子中のＮｉ組成の関係を示すグラフである。
【図６】前記実施例１の透磁率及び抵抗率と、絶縁層の厚みの関係を示すグラフである。
【図７】前記実施例１の飽和磁化及び保磁力と、絶縁層の厚みの関係を示すグラフである。
【図８】前記実施例１の透磁率及び抵抗率と、グラニュラ層の厚みの関係を示すグラフである。
【図９】前記実施例１の飽和磁化及び保磁力と、グラニュラ層の厚みの関係を示すグラフである。
【図１０】前記実施例１の透磁率及び抵抗率と、グラニュラ層中の絶縁体に対する磁性金属粒子の比率の関係を示すグラフである。
【図１１】前記実施例１の飽和磁化及び保磁力と、グラニュラ層中の絶縁体に対する磁性金属粒子の比率の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３４】
１０：積層磁性薄膜（積層グラニュラ膜）
１２：基板
１４：絶縁層
１６：グラニュラ磁性層
１８：絶縁体
２０：磁性粒子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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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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【図１０】
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【図１１】
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