(57)【要約】【課題】経時変化によって磁化方向が変化することを抑制する。【解決手段】  薄膜状磁性材料１Ｂは、アルミニウムからなる薄膜１０と、酸化アルミニウムからなる多孔質アルミナ膜２０とを備え、多孔質アルミナ膜２０は、薄膜１０に対してその下面１０ａの反対側に膜状に形成されている。多孔質アルミナ膜２０は、面方向に対して直交する直交方向にそれぞれ細長く形成される多数の微細孔２１を構成する。多数の微細孔２１内には、直交方向にそれぞれ細長く形成される多数のナノワイヤ３０が成形されている。多数のナノワイヤ３０は、形状磁気異方性によって直交方向に磁化されるように形成されている。したがって、多数のナノワイヤ３０をそれぞれ着磁すれば、薄膜状磁性材料１Ｂとしてその面方向に対して交差する方向に磁化することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非磁性体材料からなる薄膜状に形成されて、その面方向に対して交差する交差方向にそれぞれ細長く形成される多数の微細孔（２１）を構成する多孔質膜（２０）と、
磁性体材料からなり、前記多数の微細孔内にて前記交差方向にそれぞれ細長く形成されて、形状磁気異方性によって前記交差方向に磁化されるように形成されている多数の針状部材（３０）と、を備えることを特徴とする薄膜状磁性材料。
【請求項２】
非磁性体材料からなり１つの面を有する薄膜（１０）を備え、
前記多孔質膜は、前記薄膜に対してその前記面（１０ａ）に対する反対側に膜状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の薄膜状磁性材料。
【請求項３】
前記薄膜は、アルミニウムからなるものであることを特徴とする請求項１または２に記載の薄膜状磁性材料。
【請求項４】
前記多孔質膜は、アルミナであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の薄膜状磁性材料。
【請求項５】
前記多数の針状部材は、鉄であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の薄膜状磁性材料。
【請求項６】
前記多数の針状部材は、直径が５０ｎｍ以上で、かつ１ｎｍ以下であり、長さが１ｕｍ以上で、かつ５００ｕｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の薄膜状磁性材料。
【請求項７】
前記多数の針状部材は、電解めっき、溶融めっき、スパッタリング、蒸着のいずれか１つの方法を用いて、前記多数の微細孔に前記磁性体が充填されて成形されたものであることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の薄膜状磁性材料。
【請求項８】
前記多数の微細孔のうち隣接する２つの微細孔の間の距離は、前記微細孔の直径の３倍以下であることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の薄膜状磁性材料。
【請求項９】
非磁性体によって薄膜状に形成されて面方向に交差する方向にそれぞれ細長く形成される多数の微細孔（２１）を構成する多孔質膜（２０）の前記多数の微細孔に対して、磁性体を充填して前記面方向に交差する方向に細長い多数の針状部材を形成する工程を有することを特徴とする薄膜状磁性材料の製造方法。
【請求項１０】
前記工程では、電解めっき、溶融めっき、スパッタリング、蒸着のいずれか１つの方法を用いて、前記多数の微細孔に前記磁性体を充填することを特徴とする請求項９に記載の薄膜状磁性材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜状磁性材料およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、各種機器の小型化のため、ＩＣチップや構造材と一体成型が可能な薄膜磁石を用いた各種センサなどの素子が提案されている。以下にその一例を示す。
【０００３】
特許文献１には、磁気センサおよび薄膜磁石を内蔵したフレキシブルプリント基板が記載されている。特許文献２には、薄膜磁石とコイルによって駆動するプレーナ型電磁アクチュエータが記載されている。
【０００４】
特許文献１および特許文献２では、薄膜磁石としてその面に垂直に磁化した磁石を用いることが記載されている。これに対して、従来技術では、以下の手段で薄膜磁石が提供されている。
【０００５】
例えば、特許文献３には、スパッタリングにより薄膜状に形成されている薄膜磁石を製造する方法が記載されている。特許文献４には、アモルファス薄膜状に作製した希土類化合物を熱処理で結晶化させる工程で磁界をかけながら熱処理を行うことにより結晶化させることが記載されている。特許文献５には、膜厚方向に結晶のｃ軸が配向したＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ型結晶相と非結晶相とが交互に隣接する組織を有する薄膜磁石の製造方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−７１２１７号公報
【特許文献２】特開２００７−０１４１３０号公報
【特許文献３】特開２００９−０１６５７７号公報
【特許文献４】特開２００７−０８８１０１号公報
【特許文献５】特開２０００−１５０２３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述の特許文献３、４、５では、それぞれ薄膜磁石を製法する方法が記載されているものの、磁石自体が薄膜状に形成されているので、一旦、薄膜磁石においてその面に垂直な方向に磁化しても、経時変化によって磁化方向が薄膜磁石の面方向に変化してしまう恐れがある。
【０００８】
本発明は上記点に鑑みて、薄膜状磁性材料において、その面方向に対して交差する方向に磁化されるもので、経時変化によって磁化方向が変化することを抑制すること可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、非磁性体材料からなる薄膜状に形成されて、その面方向に対して交差する交差方向にそれぞれ細長く形成される多数の微細孔（２１）を構成する多孔質膜（２０）と、
磁性体材料からなり、前記多数の微細孔内にて前記交差方向にそれぞれ細長く形成されて、形状磁気異方性によって前記交差方向に磁化されるように形成されている多数の針状部材（３０）と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
請求項１に記載の発明によれば、多数の針状部材を細長く形成することにより、多数の針状部材は、形状磁気異方性によって面方向に対して交差する方向に磁化されるように形成されている。このため、多数の針状部材をそれぞれ着磁すれば、薄膜状磁性材料としてその面方向に対して直交する方向に磁化することができる。
【００１１】
ここで、多数の針状部材は、多数の微細孔内にそれぞれ形成されているので、多数の針状部材は、経時変化によって変化し難い。このため、経時変化によって磁化方向が変化することを抑制することが可能である。
【００１２】
非磁性体とは、磁性体に比べると、磁界によって磁化現象が生じ難い材料のことである。
【００１３】
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態における薄膜磁石の断面構造を模式的に示す模式図である。
【図２】上記実施形態における薄膜磁石の製造工程を示すフローチャートである。
【図３】上記実施形態における薄膜磁石の製造工程を示す図である。
【図４】上記実施形態における薄膜磁石の製造工程を示す図である。
【図５】上記実施形態における多孔質アルミナ膜表面の走査型電子顕微鏡による観察結果を示す図である。
【図６】上記実施形態における薄膜磁石表面の走査型電子顕微鏡による観察結果を示す図である。
【図７】上記実施形態の薄膜状磁性材料において縦軸を磁化の強さとし、横軸を磁界の強さとするグラフである。
【図８】上記実施形態のシミュレーションで用いる薄膜磁石の上面図である。
【図９】上記実施形態のシミュレーションで用いる２つのナノワイヤを示す斜視図である。
【図１０】上記実施形態のシミュレーションの結果を示すグラフである。
【図１１】本発明の一実施形態の変形例における薄膜磁石の断面構造を模式的に示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の薄膜状磁性材料が適用される薄膜磁石の一実施形態について図１に基づいて説明する。図１は、薄膜磁石１の断面構造を模式的に示すもので、実際には、厚み方向の寸法Ｓａに対する面方向の寸法Ｓｍの比率（＝Ｓｍ／Ｓａ）が大きな薄膜状に形成されている。図中縦方向を厚み方向とし、横方向を面方向とする。面方向とは、薄膜磁石１が平らに形成される方向のことである。
【００１６】
薄膜磁石１は、薄膜１０、多孔質アルミナ膜２０、および多数のナノワイヤ３０から構成されている。
【００１７】
薄膜１０は、非磁性体材料からなる薄膜部材である。非磁性体材料とは、ナノワイヤ３０を構成する磁性体材料に比べて、外部磁界によって磁化され難い材料のことである。本実施形態の非磁性体材料としては、酸化アルミニウムが用いられている。
【００１８】
多孔質アルミナ膜２０は、薄膜１０に対してその下面１０ａの反対側に配置されて、非磁性体材料からなる薄膜状に形成されている。本実施形態の多孔質アルミナ膜２０を構成する非磁性体材料として、酸化アルミニウム（アルミナ）が用いられている。多孔質アルミナ膜２０は、多数の微細孔２１を構成する多孔質膜である。図１では、８個の微細孔２１が示されている。多数の微細孔２１は、面方向に対して直交する方向（以下、直交方向という）に細長く形成されている。多数の微細孔２１はその面方向の断面が円形にそれぞれ形成されている孔部である。
【００１９】
多数のナノワイヤ３０は、多数の微細孔２１内に配置されている。図１では、８個のナノワイヤ３０が示されている。多数のナノワイヤ３０は、それぞれ磁性体材料（具体的には、強磁性体材料）からなるものである。本実施形態の磁性体材料は鉄（Ｆｅ）である。多数のナノワイヤ３０は、それぞれ針状部材を構成するもので、直交方向に細長い針状（或いは、棒状）に形成されている。具体的には、多数のナノワイヤ３０は、面方向の断面が円形である細長い円柱状に形成されている。本実施形態の多数のナノワイヤ３０は、それぞれ、その直径が１ｎｍ以上で、かつ５０ｎｍ以下であり、直交方向の長さが１ｕｍ以上で、かつ５００ｕｍ以下であるものである。
【００２０】
次に、本実施形態の薄膜磁石１の製造方法について図２、図３、図４を用いて説明する。
【００２１】
図２は薄膜磁石１の製造工程を示すフローチャートである。図３（ａ）〜図３（ｄ）および図４（ａ）〜図４（ｅ）は、薄膜磁石１の製造工程を示す図である。図３（ａ）〜図３（ｄ）および図４（ａ）〜図４（ｅ）において縦方向を厚み方向とし、横方向を面方向とする。
【００２２】
まず、第１工程（Ｓ１００）では、アルミニウム板１０Ａ（図３（ａ）参照）に対して陽極酸化を開始する。
【００２３】
本実施形態では、純度９９．９９９％のアルミニウム板１０Ａを下記の条件で陽極酸化した。電解液を０．３ｍｏｌ／ｌの硫酸とし、温度を室温とし、印加電圧をＤＣ（直流）２５Ｖ（ボルト）とし、処理時間を３０分とする。
【００２４】
このような陽極酸化によりアルミニウム板１０Ａに対してその下面１０ｂの反対側（図示上側）に酸化アルミニウムからなるプレ膜１１が形成される（図３（ｂ）、図３（ｃ）参照）。
【００２５】
次の第２工程（Ｓ１１０）では、アルミニウム板１０Ａに形成されるプレ膜１１をウエットエッチングにより除去する。
【００２６】
本実施形態のウエットエッチングでは、エッチング液を０．３ｍｏｌ／ｌのリン酸とし、温度を３０℃とし、処理時間を２０分とする。このようなウエットエッチングによってプレ膜１１を除去すると、アルミニウム板１０Ａの下面１０ｂの反対側には規則的に凹凸が面方向に規則的に並ぶ凹凸パターン１２（図３（ｄ）参照）が形成される。
【００２７】
次の第３工程（Ｓ１２０）では、凹凸パターン１２が形成されるアルミニウム板１０Ａに対して、上記第１工程と同様に陽極酸化を開始する。これにより、アルミニウム板１０Ａに対してその下面１０ｂの反対側には、多孔質アルミナ膜２０Ａ（図４（ａ）参照）が形成される。多孔質アルミナ膜２０Ａは、酸化アルミニウムからなるものであって、上記直交方向に細長く形成されている多数の微細孔２１を構成する。
【００２８】
以上により、多孔質アルミナ膜２０Ａがアルミニウム板１０Ａの下面１０ｂの反対側に配置されてなる薄膜材料１Ａが成形されることになる。図５に多孔質アルミナ膜２０Ａにおいて多数の孔の開口部を走査型電子顕微鏡によって観察した結果を示す。
【００２９】
次の第４工程（Ｓ１３０）では、多孔質アルミナ膜２０Ａに対して上記第２工程（Ｓ１１０）と同様のウエットエッチングによって、多数の微細孔２１の拡孔処理を施す。これにより、多孔質アルミナ膜２０Ａの多数の微細孔２１の径方向寸法および長手方向（深さ方向）の寸法が大きくなる（図４（ｂ）参照）。
【００３０】
次の第５工程（Ｓ１４０）では、このように多数の微細孔２１が拡孔された薄膜材料１Ａの多数の微細孔２１内に電解めっきによって鉄を充填する。
【００３１】
本実施形態の電気めっきの条件は、薄膜材料１Ａ（多孔質アルミナ膜２０Ａ）をカソード、鉄片をアノードとする。処理液としては、０．５ｍｏｌ／ｌの硫酸と０．５ｍｏｌ／ｌの硫酸鉄（ＩＩ）との混合液とし、温度を室温とし、カソードおよびアノードの間に印加する電圧をＤＣ１．０Ｖとし、めっき時間を５分とする。
【００３２】
このような電解めっきによって多数の微細孔２１内に鉄を充填して多数のナノワイヤ３０が形成されることになる。図６に、多数の微細孔２１内にナノワイヤ３０がそれぞれ充填された薄膜材料１Ａの表面の走査型電子顕微鏡による観察結果を示す図である。
【００３３】
次の第６工程（Ｓ１５０）では、このような多数のナノワイヤ３０が形成される薄膜材料１Ａの余剰部分を削除して除去する。具体的には、多孔質アルミナ膜２０Ａのうちナノワイヤ３０が充填されていない部分２０ｃ（図４（ｄ）参照）と、アルミニウム板１０Ａの下側１０ｃ（図４（ｄ）参照）とそれぞれを余剰部分として削除して除去する。
【００３４】
以上により、薄膜状磁性材料１Ｂ（図４（ｃ）参照）が形成されることになる。  ここで、薄膜状磁性材料１Ｂでは、多数のナノワイヤ３０は、面方向に対して直交する直交方向に細長く形成されている。このため、多数のナノワイヤ３０は、磁化容易軸が直交方向にそれぞれ形成されることになる。
【００３５】
次の第６工程（Ｓ１６０）では、薄膜状磁性材料１Ｂに対して磁界を与えることにより多数のナノワイヤ３０に対して着磁する。このことにより、面方向に対して直交する直交方向に磁化される薄膜磁石１が形成されることになる。
【００３６】
以上説明した本実施形態によれば、薄膜状磁性材料１Ｂは、アルミニウムからなる薄膜１０と、酸化アルミニウムからなる多孔質アルミナ膜２０とを備え、多孔質アルミナ膜２０は、薄膜１０に対してその下面１０ａの反対側に膜状に形成されている。
【００３７】
多孔質アルミナ膜２０は、面方向に対して直交する直交方向にそれぞれ細長く形成される多数の微細孔２１を構成する。多数の微細孔２１内には、直交方向にそれぞれ細長く形成される多数のナノワイヤ３０が成形されている。多数のナノワイヤ３０は、形状磁気異方性によって直交方向に磁化されるように形成されている。したがって、多数のナノワイヤ３０をそれぞれ着磁すれば、薄膜状磁性材料１Ｂとしてその面方向に対して交差する方向（すなわち、ナノワイヤ３０の長手方向）に磁化することができる。
【００３８】
ここで、多数のナノワイヤ３０は、多数の微細孔２１内にそれぞれ形成されているので、多数のナノワイヤ３０は、経時変化によって変化し難い。このため、経時変化によって磁化方向が変化することを抑制すること可能である。
【００３９】
次に、本実施形態の薄膜状磁性材料１Ｂの磁気測定の結果について説明する。薄膜状磁性材料１Ｂについて磁化測定装置としてのＶＳＭ（Vibrating - Sample Magnetometer）にて行ったところ、図７に示すように、最大８３４Ｏｅの保磁力が得られた。図７は、縦軸を磁化の強さＭ［ｅｍｕ］とし、横軸を磁界の強さＨ［Ｏｅ］とする本実施形態の薄膜状磁性材料１Ｂのヒステリシス特性である。
【００４０】
次に、本実施形態の薄膜磁石１において隣接する２つのナノワイヤ３０の間の距離をｄとし、ナノワイヤ３０の直径をＤとしたときのｄに対するＤの比率ｄ／Ｄの最適値を求めるためのシミュレーションの結果について説明する。
【００４１】
図８に本シミュレーションで用いる薄膜磁石１の上面図、図９に薄膜磁石１を構成する２つのナノワイヤ３０の斜視図を示す。
【００４２】
本シミュレーションでは、図８に示すように、２つのナノワイヤ３０を備える薄膜磁石１を用いる。ここで、２つのナノワイヤ３０は、円柱状に形成されているものとする。
【００４３】
２つのナノワイヤ３０の間の距離ｄを０（零）からナノワイヤ３０の直径Ｄの５倍まで変化させて磁束密度（Ｂ）および保磁力（ＨｃＪ）の変化を計算するシミュレーションを実施した。
【００４４】
本シミュレーションは、マイクロマグネティクスシミュレーション（ソフト名：ＯＯＭＭＦ）にて行った。
【００４５】
図１０には、シミュレーションによる保磁力を黒塗り四角にてプロットし、残留磁束密度の期待値を黒塗り菱形にてプロットした。残留磁束密度は、薄膜磁石１のうちナノワイヤ３０が占める密度から求められる。密度は、例えば、図８中のうち実線で示した長方形内の面積うち、２つのナノワイヤ３０を示す２つの丸内の面積が占める割合として求められる。図中の長方形は、薄膜磁石１を上から視た外形を示している。シミュレーションの計算時には、ナノワイヤ３０の直径を２０ｕｍ、長さを１ｕｍとした。
【００４６】
ここで、比率ｄ／Ｄが３以下のとき、保磁力値（図１０中の黒塗り四角のプロット）が急速に低下しているため、保磁力は３以上があると望ましい。しかし、黒塗りの菱形のプロットで示した残留磁束密度の計算値はｄ／Ｄが３以下ではフェライト磁石程度の低い値しかない。鉄ナノワイヤを用いた磁石は、鉄に由来する残留磁束密度の高さがアドバンテージの一つであるため、残留磁束密度が大きく低下するような状態は望ましくない。そのため、多少の保磁力を犠牲にしても、高温状態で用いるＮｄ磁石（１．１〜１．２Ｔ）に近い残留磁束密度が得られるようｄ／Ｄを３以下に設定することが望ましい。すなわち、距離ｄを直径Ｄの３倍以下にすることが望ましい。
【００４７】
（他の実施形態）
（１）上述の実施形態では、薄膜状磁性材料１Ｂ（薄膜磁石１）として、薄膜１０および多孔質アルミナ膜２０からなるものを示したが、これに代えて、薄膜１０および多孔質アルミナ膜２０からなるものを複数層積層して厚み寸法を大きくするようにしてもよい。これにより、薄膜磁石１としてその外部にて磁力線が通過する領域を広げることができる。
（２）上述の実施形態では、薄膜１０の材料として、アルミニウムを用いたが、これに代えて、非磁性体材料であるならば、アルミニウム以外の金属、合金、或いは樹脂材料でもよい。
（３）上述の実施形態では、多孔質アルミナ膜２０の材料として、酸化アルミニウムを用いたが、これに代えて、非磁性体材料であるならば、酸化アルミニウム以外の金属、合金、或いは樹脂材料でもよい。
（４）上述の実施形態では、ナノワイヤ３０の材料として、鉄を用いたが、これに代えて、多孔質アルミナ膜２０を構成する非磁性体材料に比べてと、磁界によって磁化現象が生じ易い材料（例えば、強磁性体材料）であるならば、鉄以外のものでもよい。
（５）上述の実施形態では、多孔質アルミナ膜２０の多数の微細孔２１は、面方向に対して直交する直交方向にそれぞれ細長く形成されるものを示したが、これに限らず、多数の微細孔２１は、面方向に対して交差する方向にそれぞれ細長く形成されるのであれば、多数の微細孔２１の軸心と面方向とが成す角度は、直角に限らない。
（６）上述の実施形態では、薄膜状磁性材料１Ｂとして、薄膜１０および多孔質アルミナ膜２０からなるものについて説明したが、これに代えて、図１１に示すように、薄膜状磁性材料１Ｂとして、多数のナノワイヤ３０および多孔質アルミナ膜２０だけからなるものでもよい。図１１の多孔質アルミナ膜２０は、例えば、樹脂材料からなる薄膜状に形成されて、その面方向に対して直交する交差方向（具体的には、直交方向）にそれぞれ細長く形成される多数の微細孔２１を構成する。そして、多数の微細孔２１内にて交差方向にそれぞれ細長く形成される多数のナノワイヤ３０が配置されている。
【符号の説明】
【００４８】
１      薄膜磁石
１Ｂ    薄膜状磁性材料
１０    薄膜
１０ａ  下面（一面）
２０    多孔質アルミナ膜（多孔質膜）
２１    微細孔
３０    ナノワイヤ（針状部材）
【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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【図５】
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【図６】
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