(57)【要約】【課題】  磁性薄膜内部の磁区構造の最適化により、高い共振周波数を有し、ＧＨｚ帯域で有効に動作する磁性薄膜とその製造方法を提供する。【解決手段】  基板１２上に、磁性粒子１６を絶縁体１４Ａで包み込んだグラニュラ層１８と絶縁層を積層する際に、前記絶縁層の厚みを周期的に変化させて、前記グラニュラ層１８と薄い絶縁層１４Ｂとの積層構造よりなる強磁性領域２０と、厚い絶縁層１４Ｃからなる非磁性領域２２とを交互に形成し、前記非磁性領域２２中に磁壁２４を配置して、磁性薄膜１０の内部の磁区構造を最適化する。磁区構造を任意に変更できるため、磁壁を介して磁気的相互作用が制御可能となり、異方性磁界の値を増大させて共振周波数を高め、ＧＨｚ帯域で有効に動作する磁性薄膜１０を得ることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性粒子を絶縁体で包み込んだグラニュラ層と絶縁層とを積層した磁性薄膜の製造方法であって、
前記絶縁層の厚みを周期的に変化させて、前記グラニュラ層と絶縁層との積層構造よりなる強磁性領域と、前記絶縁層からなる非磁性領域とを交互に形成し、前記非磁性領域中に磁壁を配置することを特徴とする磁性薄膜の製造方法。
【請求項２】
前記強磁性領域の厚みを、２０〜１００ｎｍ，前記非磁性領域の厚みを、５〜５０ｎｍとしたことを特徴とする請求項１記載の磁性薄膜の製造方法。
【請求項３】
前記磁性粒子が、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ，または、これらの合金のいずれかであることを特徴とする請求項１又は２記載の磁性薄膜の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３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磁性薄膜。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁性薄膜及びその製造方法に関し、更に具体的には、高周波帯域での安定した動作が可能な磁性薄膜とその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話などの移動体通信機器の急速な普及に伴い、高い伝送速度を有する通信機器に対する需要が高まりつつある。伝送速度を高めるために作成された新しい通信規格は、既存の規格との競合を避けるために動作周波数が高くなる傾向にあり、近年では、動作周波数がＧＨｚオーダーにまで達している。従って、最新の通信規格のデバイスに適用する際には、動作周波数をＧＨｚ帯域まで高める必要がある。しかしながら、磁性体は強磁性共鳴現象があるために、高い周波数帯域で動作させることが難しい。強磁性共鳴を防止するためには、飽和磁化と異方性磁界を増大させて共振周波数を高めればよいが、飽和磁化は材料によって上限が決められてしまうため、現実的には異方性磁界を増大させて磁化回転の復元力を大きくする必要がある。異方性磁界を増大させる方法としては、(1)磁場中熱処理などによる誘導磁気異方性の付与，(2)磁性薄膜にスリットを設けることなどによる形状磁気異方性の付与，(3)強磁性体と反強磁性体間の交換結合，などが知られている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、以上のような背景技術には次のような不都合がある。まず、(1)の方法は、熱処理過程を必要とするためにプロセスが煩雑になってしまう。(2)の方法は、スリット部分の磁性薄膜の透磁率が目減りするために、実質的な透磁率が減少してしまうという不都合がある。更に、(3)の方法では、反強磁性体膜を形成する必要があり、前記(1)と同様にプロセス的に煩雑になるという問題があった。
【０００４】
磁性薄膜の共振周波数を高めるためには、上述した方法のほかに、磁性薄膜内部の磁区構造を変化させることも有効であると考えられる。磁区構造とは、磁気モーメントの配列状態を意味しており、この磁区構造を変化させることにより、高周波磁場による磁化回転を制御することが可能になるためである。しかしながら、磁区構造は、磁性薄膜の構造，応力，組成などの様々な因子によって決定されるため、現状では、その構造の制御は困難である。
【０００５】
本発明は、以上の点に着目したもので、その目的は、磁性薄膜内部の磁区構造の最適化により、高い共振周波数を有し、ＧＨｚ帯域で有効に動作する磁性薄膜と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】
【０００６】
前記目的を達成するため、本発明は、磁性粒子を絶縁体で包み込んだグラニュラ層と絶縁層とを積層した磁性薄膜の製造方法であって、前記絶縁層の厚みを周期的に変化させて、前記グラニュラ層と絶縁層との積層構造よりなる強磁性領域と、前記絶縁層からなる非磁性領域とを交互に形成し、前記非磁性領域中に磁壁を配置することを特徴とする。
【０００７】
主要な形態の一つは、前記強磁性領域の厚みを、２０〜１００ｎｍ，前記非磁性領域の厚みを、５〜５０ｎｍとしたことを特徴とする。他の形態は、前記磁性粒子が、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ，または、これらの合金のいずれかであることを特徴とする。
【０００８】
本発明の磁性薄膜は、請求項１〜３のいずれかに記載の磁性薄膜の製造方法で形成し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】
【０００９】
本発明は、磁性粒子を絶縁体で包み込んだグラニュラ層と絶縁層とを積層した磁性薄膜において、前記絶縁層の厚みを周期的に変化させて、前記グラニュラ層と絶縁層との積層構造よりなる強磁性領域と、前記絶縁層からなる非磁性領域とを交互に形成し、前記非磁性領域中に磁壁を配置して、磁性薄膜内部の磁区構造を最適化する。磁区構造を任意に変更できるため、前記磁壁を介した磁気的相互作用が制御可能となり、異方性磁界の値を増大させて共振周波数を高め、ＧＨｚ帯域で有効に動作する磁性薄膜を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
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】
【００１１】
最初に、図１及び図２を参照しながら、本発明の実施例１を説明する。図１(A)は、本実施例の磁性薄膜の積層構造を示す主要断面図，図１(B)は前記(A)を一部拡大して示す図である。図１に示すように、本実施例の磁性薄膜１０は、基板１２上に、ｎｍサイズの微細な磁性粒子１６を絶縁体（ないし絶縁層）１４Ａで包みこんだグラニュラ層１８と、絶縁層をｎｍオーダーで積層した構造となっている。そして、前記絶縁層の厚みを周期的に変化させて厚みの異なる絶縁層１４Ｂ，１４Ｃを形成することにより、強磁性領域２０と非磁性領域２２を、意図的に作成して、磁性薄膜１０の内部の磁壁２４を、絶縁層１４Ｃ，すなわち、非磁性領域２２に配置し、磁区構造を最適化している。
【００１２】
具体例を挙げて説明すると、基板１２としてＳｉ基板，磁性粒子１６としてＣｏＦｅ合金（Ｆｅ：２０ａｔｍ％），絶縁体１４Ａ及び絶縁層１４Ｂ，１４ＣとしてＳｉＯ２を利用し、グラニュラ層１８の厚みを６ｎｍ，絶縁層１４Ｂの厚みを１ｎｍ，絶縁体１４Ａに対する磁性粒子１６の比率を２．０として、積層グラニュラ構造の強磁性領域２０を作成する。純Ａｒ雰囲気，０．４Ｐａ，室温の成膜条件下で、グラニュラ層１８を４層成膜する（膜厚計２７ｎｍ）毎に、膜厚１０ｎｍの絶縁層１４Ｃを形成し、磁性薄膜１０の作製を行った。
【００１３】
図２には、以上のようにして作成した磁性薄膜１０の磁化曲線が示されている。図２において、横軸は磁界（Ｈ），縦軸は磁束密度（磁化の強さ）（Ｂ）を表している。図２に示すように、成膜時の印加磁場方向に平行な方向（磁化容易軸方向）の磁化曲線の測定を行うと、階段状の磁化曲線が確認される。このような磁化曲線が得られたのは、厚い絶縁層１４Ｃ（１０ｎｍ），すなわち、非磁性領域２２中に磁壁２４が形成されて、内部の磁区構造が変化したためであると考えられる。厚い絶縁層１４Ｃに磁壁２４が形成されたものと仮定すると、磁性薄膜１０は、全体として６つのドメインに分けられる。このとき、上下の２つのドメインは、一方の側にだけ強磁性領域２０が存在し、中間の４つのドメインは、両側に強磁性領域２０が存在することになるため、構造に異方性が生じる。
【００１４】
磁化曲線の段差における上下の磁化の比率は、ほぼ１：２になっており、上下２つのドメイン数と、中間の４つのドメイン数の比率に対応している。このことから、磁化曲線に段差が生じたのは、厚い絶縁層１４Ｃを形成したことによって、そこに磁壁２４が形成され、内部の磁区構造に構造異方性が生じ、該構造異方性によって保磁力の値が変化したためであると考えられる。以上の結果から、磁壁２４を介した静磁結合を変化させることで、磁壁２４の移動や磁化回転の容易度を変化させ、異方性磁界の値を増大させ、共振周波数を高めることが可能となる。
【００１５】
このように、実施例１によれば、磁性粒子１６を絶縁体１４Ａで包み込んだグラニュラ層１８と絶縁層を積層する際に、前記絶縁層の厚みを周期的に変化させて、前記グラニュラ層１８と薄い絶縁層１４Ｂとの積層構造よりなる強磁性領域２０と、厚い絶縁層１４Ｃからなる非磁性領域２２とを交互に形成し、前記非磁性領域２２中に磁壁２４を配置して、磁性薄膜１０の内部の磁区構造を最適化することとした。磁区構造を任意に変更できるため、前記磁壁２４を介した磁気的相互作用が制御可能となり、異方性磁界の値を増大させて共振周波数を高め、ＧＨｚ帯域で有効に動作する磁性薄膜１０を得ることができる。
【実施例２】
【００１６】
次に、図３及び図４を参照しながら本発明の実施例２を説明する。なお、上述した実施例１と同一ないし対応する構成要素には、同一の符号を用いることとする。図３(A)は、本実施例の磁性薄膜の積層構造を示す主要断面図，図３(B)は前記(A)を一部拡大して示す図である。図４は、本実施例の磁性薄膜の磁化曲線を示す図であり、横軸は、磁界（Ｈ），縦軸は、磁束密度（Ｂ）を表している。上述した実施例１では、グラニュラ層を構成する磁性粒子として、１種類の合金を利用することとしたが、本実施例は、２種類の磁性粒子を利用したものである。
【００１７】
本実施例の磁性薄膜３０の構造は、基本的には前記実施例１と同様であり、基板１２上に、グラニュラ層１８及び３４と、絶縁層１４Ｂ及び１４Ｃをｎｍオーダーで積層した構造となっている。また、本実施例では、前記グラニュラ層１８を構成する磁性粒子１６としてＣｏＦｅ合金（Ｆｅ：２０ａｔｍ％）を、前記グラニュラ層３４を構成する磁性粒子３２として、Ｃｏを利用するというように、２種類の磁性粒子を用いている。
【００１８】
図４に示すように、２種類の磁性粒子１６及び３２を用いて、強磁性領域２０及び３６と、非磁性領域２２を交互に形成し、磁壁３８を非磁性領域２２に配置すると、磁化曲線の段差の数が上述した実施例１よりも更に増えることが確認される。これは、２種類の磁性粒子１６及び３２を用いることによって、上部のＣｏを含む層，中間部のＣｏを含む層，下部のＣｏＦｅを含む層，中間部のＣｏＦｅを含む層，の４種類の構造異方性が生じるためと考えられる。磁化曲線の段差における磁化の比率は、ＣｏとＣｏＦｅ合金の磁化の差にほぼ対応しているため、磁性粒子１６及び３２の種類と配置の違いが、多数の段差を生じさせる原因であると考えることができる。本実施例の効果は、上述した実施例１と同様である。
【００１９】
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１６としてＣｏＦｅ合金を用い、磁性粒子３２としてＣｏを用いることとしたが、公知の各種の磁性金属を用いるようにしてよい。例えば、Ｆｅ，Ｎｉや、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉの合金などを用いることができる。また、絶縁層１４Ａ〜１４Ｃとして、ＳｉＯ２を用い、基板１２としてＳｉ基板を用いることとしたが、これも一例であり、公知の各種の基板や絶縁材料を用いるようにしてよい。
(2)前記絶縁層１４Ｂ及び１４Ｃと、グラニュラ層１８（及び３４）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１で示した積層グラニュラ磁性膜（強磁性領域２０）の厚みや、絶縁層１４Ｃ（非磁性領域２２）の厚みは一例であり、同様の効果を奏するように適宜変更してよい。しかしながら、磁壁エネルギーの観点からは、積層グラニュラ磁性膜（強磁性領域）２０の厚みを２０〜１００ｎｍ，絶縁層１４Ｃの厚みを５〜５０ｎｍとすると都合がよい。
(4)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。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
本発明によれば、磁性粒子を絶縁体で包み込んだグラニュラ層と絶縁層を積層する際に、前記絶縁層の厚みを周期的に変化させて、前記グラニュラ層と薄い絶縁層との積層構造よりなる強磁性領域と、厚い絶縁層からなる非磁性領域とを交互に形成し、前記非磁性領域中に磁壁を配置して、磁性薄膜内部の磁区構造を最適化することとした。このため、前記磁壁を介した磁気的相互作用が制御可能となり、異方性磁界の値を増大させて共振周波数を高めることが可能となるため、ＧＨｚ帯域で利用される各種磁性部品や機器などに利用する磁性薄膜の用途に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施例１を示す図であり、(A)は磁性薄膜の積層構造を示す主要断面図，(B)は前記(A)を一部拡大して示す断面図である。
【図２】前記実施例１の磁化曲線を示す図である。
【図３】本発明の実施例２を示す図であり、(A)は磁性薄膜の積層構造を示す主要断面図，(B)は前記(A)を一部拡大して示す断面図である。
【図４】前記実施例２の磁化曲線を示す図である。
【符号の説明】
【００２２】
１０：磁性薄膜
１２：基板
１４Ａ：絶縁体（絶縁層）
１４Ｂ，１４Ｃ：絶縁層
１６：磁性粒子（磁性金属）
１８：グラニュラ層
２０：強磁性領域（積層グラニュラ磁性層）
２２：非磁性領域
２４：磁壁
３０：磁性薄膜
３２：磁性粒子
３４：グラニュラ層
３６：強磁性領域
３８：磁壁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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