(57)【要約】      （修正有）【課題】大きな磁化を持ちつつ、保磁力の低下を抑制することで大きな最大エネルギー積を有する薄膜磁石を提供する。【解決手段】基板上に形成された、Ｆｅ又はＦｅとＣｏの合金からなる第一の層とＦｅｘＺ１−ｘからなる第二の層と希土類を含む第三の層から構成される。ここで、第二の層のＺはＭｏ、又はＴａであり、元素比は０．０５＜ｘ＜０．９５であり、前記第一の層と前記第三の層の中間に位置する。一層以上の前記第一の層と一層以上の第二の層と一層以上の第三の層を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも基板と、該基板上に形成されたＦｅ又はＦｅとＣｏの合金からなる第一の層と、ＦｅｘＺ１−ｘからなる第二の層と（ここで、ＺはＭｏ又はＴａとする）、希土類元素を含む第三の層を含み、第一の層は軟磁性層であり、第三の層は硬磁性層であり、ｘは０．０５＜ｘ＜０．９５であり、前記第一の層と前記第三の層の中間に前記第二の層が存在し、一層以上の前記第一の層と、一層以上の前記第二の層と、一層以上の前記第三の層を含むことを特徴とする薄膜磁石であり、前記第一の層の厚さは０．５ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、前記第二の層の厚さは０．１ｎｍ以上２ｎｍ以下であり、前記第三の層の厚さは１ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であることを特徴とする薄膜磁石。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小型モータ、磁気センサ、アクチュエータ等に応用される薄膜磁石、及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
磁石性能は最大エネルギー積によって表される。高い磁石性能、すなわち高い最大エネルギー積を得るためには、保磁力Ｈｃと残留磁化Ｍｒの増加が必要である。
【０００３】
近年では、高い残留磁化を得るために磁化の高い軟磁性相を、高い保磁力を得るために結晶磁気異方性の高い硬磁性相を使用し、両者が交換相互作用によって磁気的に結合するように組み合わせたナノコンポジット磁石に注目が集まっている。
【０００４】
ナノコンポジット磁石のポテンシャルは非特許文献１によって記載されており、軟磁性相と硬磁性相の組み合わせ次第で、１００ＭＧＯｅ以上の最大エネルギー積が得られる可能性があるという計算を行っている。
【０００５】
ナノコンポジット磁石の保磁力は硬磁性相の磁化が軟磁性相の磁化の向きを固定して、軟磁性相の磁化反転を妨げることによって発現する。十分な保磁力を得るためには、硬磁性相と軟磁性相が接触界面で磁気的結合を有し、軟磁性相の厚さが硬磁性相の磁壁幅以下に制御されている微細構造が必要である。強磁性体の磁壁幅は一般に数ナノメートルから数十ナノメートルとされている。そのため、ナノレベルのサイズ制御が比較的容易なスパッタ薄膜法はナノコンポジット磁石の作製に関して有効な手段であると考えられる。薄膜磁石は小型モータ、磁気センサ、アクチュエータ等への応用が期待されるものである。
【０００６】
特許文献１、２では硬磁性相であるＲ−ＴＭ−Ｂと軟磁性相であるＦｅ、もしくはＦｅＣｏを交互に積層した多層薄膜構造により、ナノコンポジット磁石を製造している。しかし、上記のように硬磁性相と軟磁性相を直接接合した積層構造では、硬磁性相の高い保磁力を十分に生かすことができず、最大エネルギー積の向上は不十分である。
【０００７】
【非特許文献１】Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ  Ｂ４８（１９９３）ｐ１５８１２
【特許文献１】特開平９−２３７７１４
【特許文献２】特開平９−２６６１１３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、磁化と保磁力をバランスよく備えることで高い最大エネルギー積を有するナノコンポジット薄膜磁石を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明では、軟磁性層から発生する磁化反転の伝播を抑制するために硬磁性層と軟磁性層の間に、硬磁性層と軟磁性層の交換結合を切断せず、かつピニングサイトの働きをする中間層を導入する。
【００１０】
本発明は、硬磁性層と軟磁性層の間にＦｅｘＺ１−ｘ（０．０５＜ｘ＜０．９５）層が存在していることを特徴とする。ここで、ＺはＭｏ、もしくはＴａとする。磁性元素Ｆｅと非磁性元素Ｚが共存するＦｅｘＺ１−ｘ（０．０５＜ｘ＜０．９５）という構成をとることにより、第一の層と第三の層の交換結合を切断せず、かつ磁壁移動を阻害するピニングサイトの働きを得ることができる。また、Ｚは希土類元素と固溶しにくい。そのため、希土類元素を有する硬磁性層と軟磁性層が相互拡散することを抑制する働きも期待される。係る構成をとることによって、従来のナノコンポジット磁石と比較して、高いエネルギー積を有することができる。高い磁化を有する軟磁性層と高い磁気異方性を持つ硬磁性層の間に磁性元素と非磁性元素を有する層が存在することにより、軟磁性層と硬磁性層の交換結合が切断されず、また、軟磁性層から発生する磁化反転が硬磁性層に伝搬することを抑制することができることを見出し、本発明に至った。
【００１１】
軟磁性層である第一の層と硬磁性である第三の層の間には、ＦｅｘＺ１−ｘからなる第二の層が存在する。この構造によって、第一の層から発生した磁化反転が第三の層へ伝播することを防ぐことができる。ｘの値は０．０５＜ｘ＜０．９５の範囲とする。ｘ≦０．０５であるとき、第一の層と第三の層の交換結合が切断され、第一の層が低磁場で磁化反転する挙動を抑制できないので、高い最大エネルギー積が得られない。０．９５≦ｘのとき、第一の層で発生した磁化反転が第三の層に伝播するのを抑制できないため、保磁力が低下し、高い最大エネルギー積が得られない。
【００１２】
第一の層は高い最大エネルギー積を得るために、高い磁化を持つ物質が適しており、室温で高い磁化を持つＦｅ、又はＦｅ―Ｃｏ合金とする。
【００１３】
また、第三の層は薄膜磁石が高い保磁力を得るために、高い結晶磁気異方性を持つ物質が適しており、希土類を含む磁性体とする。好ましくは５〜３０ａｔ％のＲ（ＲはＹを含む希土類元素の内少なくとも１種）、０〜２０ａｔ％のＸ（Ｂ、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｐ、Ｓの各元素のうち１種または２種以上の元素からなる）、残部ＴＭ（ＴＭはＦｅまたはＦｅの一部をＣｏで置換したもの、またはＣｏ）から成る希土類を含む磁性層、Ｒ−ＴＭ−Ｘであり、より好ましくは５ｋＯｅ以上の保磁力を有する磁性層である。
【００１４】
本発明において、高い磁化を得るために、第一の層が一層以上必要である。同時に、第一の層の磁化を固定するために、第一の層と同数、もしくはそれ以上の硬磁性相である第三の層も必要である。第一の層と第三の層の間には、第一の層から発生した磁化反転が第三の層へ伝播することを防ぐ第二の層が必要なため、第二の層も第三の層と同様に第一の層と同数、もしくはそれ以上の層数があることが好ましい。
【００１５】
軟磁性である第一の層の厚さは、第三の層との交換結合により第一の層の磁化の向きが固定され、反転しにくくなるため５０ｎｍ以下とし、更に強固に結合されるためには１０ｎｍ以下であることが望ましい。また、高い最大エネルギー積を得るために、高い磁化を持つ第一の層の割合は高い必要があり、第一の層の厚さは、０．５ｎｍ以上とする。
【００１６】
第二の層の厚さは第一の層と第三の層との交換結合を弱めないために２ｎｍ以下とする。これより厚い場合、第一の層の磁化の向きを固定することができない。また、第一の層から発生する磁化反転の伝播を効果的に防ぐために、第二の層の厚さは０．１ｎｍ以上とする。これより薄い場合、ピニングが十分でなく、磁化反転の伝播を防ぐことができない。
【００１７】
第三の層の厚さは高い磁化を持つ第一の層の割合を増やし、高い最大エネルギー積を得るために、１０００ｎｍ以下とする。これより厚い場合、第一の層の割合が減少し、高い磁化を得ることができない。また、保磁力を保つために第三の層の厚さは１ｎｍ以上とする。これより薄い場合、熱擾乱により十分な保磁力が得られない。
【発明の効果】
【００１８】
希土類を含む強磁性体とＦｅ、もしくはＦｅとＣｏの合金の間に、ＦｅｘＺ１−ｘが存在することで、希土類を含む強磁性体とＦｅ又はＦｅとＣｏの合金を交換結合させつつ、Ｆｅ又はＦｅとＣｏの合金から発生する磁化反転によるＨｃの低下を抑制することで、磁化と保磁力をバランスよく備えたナノコンポジット薄膜磁石を得ることができる。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態を説明する。なお、本発明の実施態様は、後述する形態例に限定されるものではなく、その技術思想の範囲において、種々の変形が可能である。
【００２０】
[基本構造]
まず、各実施例に係る薄膜磁石に共通する基本的な層構造を図１を用いて説明する。後述する各実施例は、この構造を含んでいる。
【００２１】
第一の層はＦｅ又はＦｅとＣｏの合金からなる層であり、第二の層はＦｅｘＺ１−ｘからなり、第三の層は希土類元素を含む強磁性体からなる層であり、Ｍ層はＭｏ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｗ、Ｔａ、ＦｅＭｎ、ＮｉＯ、ＦｅＯ、ＣｏＯ、Ｃｏ−Ｐｔ、Ｆｅ−Ｐｔのうち１種または２種以上からなる。
【００２２】
図１に示す薄膜磁石は基板の表面からＭ層、第三の層、第二の層、第一の層、第二の層、第三の層と順番に形成した積層構造を有している。
【００２３】
この構造において、軟磁性である第一の層と硬磁性である第三の層の間に第二の層が形成されており、軟磁性層から発生する磁化反転が硬磁性層に伝搬することを抑制する構造をとっている。
【００２４】
第一の層は室温で第三の層よりも高い磁化を持つ物質が好ましい。Ｆｅ、又はＦｅ−Ｃｏ合金などである。
【００２５】
第二の層はＦｅｘＺ１−ｘで表記され、ｘの値は０．０５＜ｘ＜０．９５の範囲とする。ｘの値は０．４５＜ｘ＜０．５５の範囲がより好ましい。ｘ≦０．０５であるとき、第一の層と第三の層の交換結合が切断され、第一の層が低磁場で磁化反転する挙動を抑制できないので、高い最大エネルギー積が得られない。０．９５≦ｘのとき、第一の層で発生した磁化反転が第三の層に伝播するのを抑制できないため、保磁力が低下し、高い最大エネルギー積が得られない。
【００２６】
第三の層は５〜３０ａｔ％のＲ（ＲはＹを含む希土類元素の内少なくとも１種）、０〜２０ａｔ％のＸ（Ｂ、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｐ、Ｓの各元素のうち１種または２種以上の元素からなる）、残部ＴＭ（ＴＭはＦｅまたはＦｅの一部をＣｏで置換したもの、またはＣｏ）から成る希土類を含む磁性層、Ｒ−ＴＭ−Ｘであり、好ましくは５ｋＯｅ以上の保磁力を有する磁性層である。
【００２７】
軟磁性である第一の層と硬磁性である第三の層の間には、ＦｅｘＺ１−ｘで表される第二の層が存在する。この第二の層がない場合、第一の層から発生した磁化反転が第三の層へ伝播してしまい、良好な保磁力が得られず、高い最大エネルギー積が得られない。
【００２８】
第一の層の厚さは０．５〜５０ｎｍとする。この厚さより小さい場合は第三の層単層と比較して磁化が大きくなる効果が十分に得られず、この厚さより大きい場合は交換相互作用が不十分となって保磁力が低下する。第二の層の厚さは０．１〜２ｎｍとする。この厚さより大きい場合は第一の層が交換結合を十分に受けられない可能性があり、この厚さより小さい場合は磁壁をピニングする効果が十分に得られない。第三の層は１ｎｍ以上１０００ｎｍ以下とする。この厚さより大きい場合は磁化が大きくなる効果が十分に得られず、この厚さより小さい場合は熱擾乱により十分な保磁力が得られない。全体の薄膜の体積の中で第一の層が占める割合が大きくなれば磁化が大きくなり、保磁力が小さくなる。第三の層が占める割合が大きくなれば、保磁力の値が第三の層単層に近づき、磁化の上昇は得にくくなる。
【００２９】
基板は各種の金属、ガラス、シリコン、セラミックスなどを選択して使用することができる。ただし、所望の結晶組織を得るために高温での処理を行う必要が生じる可能性があるため、高融点な材料を選択することが望ましい。下地、及びＣＡＰ相となるＭ層はＭｏ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｗ、Ｔａ、ＦｅＭｎ、ＮｉＯ、ＦｅＯ，ＣｏＯ，Ｃｏ−Ｐｔ，Ｆｅ−Ｐｔのうち、少なくとも１種、または２種以上からなる層である。Ｍ層の厚さは、これと隣接する硬磁性層あるいは軟磁性層との相互拡散により界面で合金あるいは化合物を形成しても充分にその機能を損なうことのないように５ｎｍ〜１００ｎｍ、望ましくは５〜２０ｎｍとする。
【００３０】
以下、本発明の製造方法の好適な例について説明する。磁性合金薄膜の製造方法は真空蒸着法、スパッタリング法、分子線エピタキシー法などがあるが、このうち、スパッタリング法による製造方法の一例について説明する。
【００３１】
材料として、まずターゲット材を用意する。ターゲット材は、第一の層のターゲットとして、Ｆｅターゲット、あるいはＦｅ、Ｃｏのターゲットを用意する。第二の層のターゲットとして、Ｆｅ、Ｚ（Ｍｏ、又はＴａ）のターゲットを用意する。ここでは、硬磁性相の一例としてをＮｄ２Ｆｅ１４Ｂを用いるため、第三の層のターゲットとして、Ｎｄ、Ｆｅ、Ｂのターゲットとする。使用するターゲット数以上のスパッタリング機構を有する装置を使用し、単元素のターゲット材を用いて所望の割合でスパッタリングすることが可能である。各層のターゲットは、所望の組成の合金ターゲット材を準備し、使用することもでき、また、合金ターゲット材と単元素のターゲットを組みあわせて、所望の割合でスパッタすることも可能である。他の元素、例えばＺｒ、Ｔｉ、Ｂｉ、Ｓｎ、Ｇａ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｓｉ、Ｖ、Ａｇ、Ｇｅ等を適宜含有させたい場合も同様に所望の割合でスパッタリングすることが可能である。一方で、Ｏ、Ｎ、Ｃ等の不純物元素を極力低減することが望ましいため、ターゲット材中の不純物含有量も極力低減する。
【００３２】
ターゲット材は、保管中に表面から酸化する。特に、Ｎｄなどの希土類元素ターゲット材を使用する場合は酸化の速度が速い。そのため、これらのターゲット材の使用前には、スパッタリングを十分に行い、ターゲット材の清浄表面を出しておくこと必要がある。
【００３３】
スパッタリングにて成膜を行う基材は、各種金属、ガラス、シリコン、セラミックスなどを選択し、使用することができる。ただし、所望の結晶組織を得るために高温での処理を行う必要上、高融点な材料を使用することが望ましい。なお、高温処理における耐性の他に、積層膜との密着性が不足する場合があり、その対策として下地膜を設けることで密着性を向上することが通常行われる。積層膜の上部には酸化を防ぐために保護膜を設けることができる。
【００３４】
スパッタリングを行う成膜装置は、Ｏ、Ｎ、Ｃ等の不純物元素を極力低減することが望ましいため、１０−６Ｐａ以下、より好ましくは１０−８Ｐａ以下となるまで真空槽が排気されていることが望ましい。高い真空状態を保つため、成膜室と繋がった基材導入室を有することが望ましい。また、ターゲット材の使用前には、スパッタリングを十分に行い、ターゲット材の清浄表面を出しておく必要があるため、成膜装置は、基材とターゲット材の間に真空状態で操作可能な遮蔽機構を有することが望ましい。スパッタリングの方法は、不純物元素を極力低減するという目的で、より低Ａｒ雰囲気でスパッタリングが可能となるマグネトロン・スパッタリング法が好ましい。ここで、Ｆｅ、Ｃｏを含むターゲット材は、マグネトロン・スパッタリングの漏れ磁束を大きく低減させ、スパッタリングを困難にするため、ターゲット材の厚みを適切に選択することが必要である。スパッタリングの電源は、ＤＣ、ＲＦどちらでも使用可能であり、ターゲット材に応じて適宜選択できる。
【００３５】
上述したターゲット材、及び基材を用いて、第一の層、第二の層、第三の層の積層構造を得ることができる。第一の層は、例えば、Ｆｅターゲット材をスパッタリングすることで積層できる。第二の層はＦｅ、Ｚ（Ｍｏ、又はＴａ）を所望の割合でスパッタリングすることで積層できる。第三の層は、例えば、Ｎｄ、Ｆｅ、Ｂを所望の割合でスパッタリングすることで積層できる。これらを繰り返すことで、所望の積層構造を得ることができる。また、積層構造は、基材を成膜装置内で移送することによって、別室のチャンバーにて異なるターゲット材のスパッタリング行うことによっても作製可能である。
【００３６】
第一の層が１層以上積層する必要があり、第一の層の磁化を固定するために、第一の層と同数、もしくはそれ以上の硬磁性相である第三の層の積層も必要である。第一の層と第三の層の間には、第二の層が必要である。
【００３７】
第一の層の厚さとはＦｅのみが存在する面の端から端であり、第二の層の厚さとはＦｅ、Ｚが共存する面の端から端であり、第三の層の厚さとはＮｄ、ＦｅＢが共存する面の端から端までである。
【００３８】
積層構造における第一の層、第二の層、第三の層の厚さは、スパッタリングパワー、時間を調整することで任意の厚さ、組成に設定することができる。ここで、厚さ、組成の調整を行うためには、あらかじめ成膜レートの確認を行っておく必要がある。成膜レートは所定のパワー、所定の時間で成膜した膜を接触式段差計で測定することが一般に行われている。また、成膜装置内に水晶子振動子膜厚計等を備え付けて用いることも可能である。
【００３９】
スパッタリング中は、基材を２００〜７００℃で加熱し結晶化させる。一方、スパッタリング中は、基材を室温に保ち、成膜後に２００〜１１００℃の熱処理を行うことによって結晶化させることも可能である。この場合、成膜後の各膜は、通常数十ｎｍ程度の微細結晶やアモルファスから成っており、熱処理によって結晶が成長する。熱処理は、酸化、窒化を極力低減するため、真空もしくは不活性ガス中で行うことが好ましい。同様の目的で、熱処理機構と成膜装置は真空中で搬送可能であることがより好ましい。熱処理時間は短時間であることが望ましく、１分〜１時間の範囲で十分である。また、成膜中の加熱と熱処理は、任意に組み合わせて行うことが可能である。
【００４０】
ここで、第一の層、第二の層、第三の層はスパッタリングのエネルギーと基材加熱のエネルギーによって結晶化される。スパッタリングのエネルギーは、スパッタ粒子が基材に付着し、結晶形成後すぐに失われる。一方、基材加熱のエネルギーは成膜時に継続して供給されるが、２００〜７００℃の熱エネルギーでは第一の層、第二の層、第三の層の拡散はほぼ進行せず、積層構造が維持される。低温成膜後の熱処理で結晶化させる場合も、２００〜１１００℃の熱エネルギーにより微細結晶の粒成長は進行するが、第一の層、第二の層、第三の層の拡散はほぼ進行せず、積層構造が維持される。
【実施例】
【００４１】
実施例１にかかる薄膜磁石の構造例を説明する。第一の層の組成はＦｅ、第二の層の組成はＦｅ０．５Ｍｏ０．５、第三の層はＮｄ−Ｆｅ−Ｂである。基板は熱酸化膜付Ｓｉ基板を用いている。薄膜の形成はＭｏ、Ｆｅ、Ｎｄ、Ｂ、Ｃｏを有するスパッタリング装置を使用する。本装置の使用により、大気に曝すことなく積層構造を形成することができる。したがって、各層の間に酸化物を形成することなく、多層構造を形成することができる。これにより、図１に示される積層構造を作製する。
【００４２】
（実施例１）まず、スパッタリング装置内部を５×１０−４Ｐａ以下に排気し、熱酸化Ｓｉ基板を６５０℃まで加熱する。その後、Ａｒガスを導入し、１Ｐａとして、Ｍｏターゲットに電圧を印加して高温基板上にＭｏ層を２０ｎｍ成膜した。投入電力は１００Ｗとし、基板とターゲットの間に取り付けたシャッターを閉じた状態で３分間予備スパッタリングを行って、ターゲット表面上の酸化物などを除去したのち、シャッターを開けてＭｏ層を成膜した。成膜速度は０．１４ｎｍ／ｓｅｃである。その後、基板温度を５５０℃まで降温したのち、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ層を成膜した。Ｎｄ、Ｆｅ、Ｂターゲットにそれぞれ５６Ｗ、１１０Ｗ、１０１Ｗの投入電力でＮｄ−Ｆｅ−Ｂ層を５０ｎｍ成膜した。基板とターゲットの間に取り付けたシャッターを閉じた状態で３分間予備スパッタリングを行って、ターゲット表面上の酸化物などを除去したのち、シャッターを開けてＮｄ−Ｆｅ−Ｂ層を成膜した。成膜速度は０．１２ｎｍ／ｓｅｃである。ここで、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂの組成はＮｄ１５Ｆｅ７５Ｂ１０（ａｔ％）である。その後、基板温度を２００℃まで降温したのち、Ｆｅ０．５Ｍｏ０．５層を成膜した。Ｆｅ、Ｍｏターゲットにそれぞれ５２Ｗ、３６Ｗの投入電力でＦｅ０．５Ｍｏ０．５層を１ｎｍ成膜した。成膜速度は０．１０ｎｍ／ｓｅｃである。その後、Ｆｅ層を成膜した。Ｆｅターゲットに１００Ｗの投入電力を設定し、Ｆｅ層を６ｎｍ成膜した。成膜速度は０．１２ｎｍ／ｓｅｃである。その後、Ｆｅ０．５Ｍｏ０．５層をＮｄ−Ｆｅ−Ｂ層上に積層したものと同条件で１ｎｍ成膜した。その後、基板温度を５５０℃まで昇温し、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ層を同条件で５０ｎｍ成膜した。その後、基板温度を２００℃まで降温し、薄膜の酸化を防ぐためにＭｏを同条件で１０ｎｍ成膜した。
【００４３】
膜厚は成膜速度から計算した値である。各試料の磁気特性は振動試料型磁力計（ＶＳＭ）を用い、膜面に垂直方向に±３３ｋＯｅの磁場を加えて行った。測定は全て２３度±１度で行った。測定したデータはＮｉ薄膜の磁化曲線を用いてミラー補正を行い、その後、基板のみの磁化曲線を用いて加減算処理を行い、成膜した薄膜のみの磁化挙動を計算した。薄膜の密度を７．５ｇ／ｃｃとして磁化の計算を行った。
【００４４】
(実施例２）熱酸化Ｓｉ基板上に実施例１と同様の条件でＭｏ層、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ層を成膜し、その後、２００℃まで降温し、Ｆｅ０．９Ｍｏ０．１層を１ｎｍ成膜した。Ｆｅ、Ｍｏターゲットへの投入電力はそれぞれ８４Ｗ、２４Ｗである。次に実施例１と同様の条件でＦｅ層を６ｎｍ成膜したのち、上記と同条件でＦｅ０．９Ｍｏ０．１層を１ｎｍ成膜した。その後、実施例１で成膜した条件と同様にＦｅｘＭｏ１−ｘ層上にＮｄ−Ｆｅ−Ｂ層、Ｍｏ層を成膜した。つまり実施例１と比較して第二の層ＦｅｘＭｏ１−ｘのｘの値が異なる。
【００４５】
（実施例３）熱酸化Ｓｉ基板上に実施例１と同様の条件でＭｏ層、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ層を成膜し、その後、２００℃まで降温し、Ｆｅ０．７Ｍｏ０．３層を１ｎｍ成膜した。Ｆｅ、Ｍｏターゲットへの投入電力はそれぞれ６８Ｗ、３２Ｗである。次に実施例１と同様の条件でＦｅ層を６ｎｍ成膜したのち、上記と同条件でＦｅ０．９Ｍｏ０．１層を１ｎｍ成膜した。その後、実施例１で成膜した条件と同様にＦｅｘＭｏ１−ｘ層上にＮｄ−Ｆｅ−Ｂ層、Ｍｏ層を成膜した。つまり実施例１と比較して第二の層ＦｅｘＭｏ１−ｘのｘの値が異なる。
【００４６】
（実施例４）熱酸化Ｓｉ基板上に実施例１と同様の条件でＭｏ層、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ層を成膜し、その後、２００℃まで降温し、Ｆｅ０．３Ｍｏ０．７層を１ｎｍ成膜した。Ｆｅ、Ｍｏターゲットへの投入電力はそれぞれ４５Ｗ、６０Ｗである。次に実施例１と同様の条件でＦｅ層を６ｎｍ成膜したのち、上記と同条件でＦｅ０．９Ｍｏ０．１層を１ｎｍ成膜した。その後、実施例１で成膜した条件と同様にＦｅｘＭｏ１−ｘ層上にＮｄ−Ｆｅ−Ｂ層、Ｍｏ層を成膜した。つまり実施例１と比較して第二の層ＦｅｘＭｏ１−ｘのｘの値が異なる。
【００４７】
(実施例５）熱酸化Ｓｉ基板上に実施例１と同様の条件でＭｏ層、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ層を成膜し、その後、２００℃まで降温し、Ｆｅ０．１Ｍｏ０．９層を１ｎｍ成膜した。Ｆｅ、Ｍｏターゲットへの投入電力はそれぞれ３９Ｗ、８５Ｗである。次に実施例１と同様の条件でＦｅ層を６ｎｍ成膜したのち、上記と同条件でＦｅ０．１Ｍｏ０．９層を１ｎｍ成膜した。その後、実施例１で成膜した条件と同様にＦｅｘＭｏ１−ｘ層上にＮｄ−Ｆｅ−Ｂ層、Ｍｏ層を成膜した。つまり実施例１と比較して第二の層ＦｅｘＭｏ１−ｘのｘの値が異なる。
【００４８】
(実施例６）熱酸化Ｓｉ基板上に実施例１と同様の条件でＭｏ層、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ層、Ｆｅ０．５Ｍｏ０．５層を成膜した。その後、Ｆｅターゲットに１００Ｗの投入電力でＦｅを８ｎｍ成膜した。成膜速度は０．１２ｎｍ／ｓｅｃである。その後、Ｆｅ０．５Ｍｏ０．５層、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ層、Ｍｏ層を順に積層し薄膜磁石を得た。つまり実施例１と比較してＦｅ層（第一の層）の厚さが異なる。
【００４９】
（実施例７）熱酸化Ｓｉ基板上に実施例２と同様の条件でＭｏ層、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ層、Ｆｅ０．９Ｍｏ０．１層を成膜した。その後、Ｆｅターゲットに１００Ｗの投入電力でＦｅを８ｎｍ成膜した。成膜速度は０．１２ｎｍ／ｓｅｃである。その後、Ｆｅ０．９Ｍｏ０．１層、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ層、Ｍｏ層を順に積層し薄膜磁石を得た。つまり実施例２と比較してＦｅ層（第一の層）の厚さが異なる。
【００５０】
（実施例８）熱酸化Ｓｉ基板上に実施例３と同様の条件でＭｏ層、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ層、Ｆｅ０．７Ｍｏ０．３層を成膜した。その後、Ｆｅターゲットに１００Ｗの投入電力でＦｅを８ｎｍ成膜した。成膜速度は０．１２ｎｍ／ｓｅｃである。その後、Ｆｅ０．７Ｍｏ０．３層、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ層、Ｍｏ層を順に積層し薄膜磁石を得た。つまり実施例３と比較してＦｅ層（第一の層）の厚さが異なる。
【００５１】
（実施例９）熱酸化Ｓｉ基板上に実施例４と同様の条件でＭｏ層、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ層、Ｆｅ０．３Ｍｏ０．７層を成膜した。その後、Ｆｅターゲットに１００Ｗの投入電力でＦｅを８ｎｍ成膜した。成膜速度は０．１２ｎｍ／ｓｅｃである。その後、Ｆｅ０．３Ｍｏ０．７層、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ層、Ｍｏ層を順に積層し薄膜磁石を得た。つまり実施例４と比較してＦｅ層（第一の層）の厚さが異なる。
【００５２】
（実施例１０）熱酸化Ｓｉ基板上に実施例５と同様の条件でＭｏ層、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ層、Ｆｅ０．１Ｍｏ０．９層を成膜した。その後、Ｆｅターゲットに１００Ｗの投入電力でＦｅを８ｎｍ成膜した。成膜速度は０．１２ｎｍ／ｓｅｃである。その後、Ｆｅ０．１Ｍｏ０．９層、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ層、Ｍｏ層を順に積層し薄膜磁石を得た。つまり実施例５と比較してＦｅ層（第一の層）の厚さが異なる。
【００５３】
（実施例１１）熱酸化Ｓｉ基板上に実施例１と同様の条件でＭｏ層を積層した。その後、基板温度を５５０℃まで降温したのち、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ層を成膜した。Ｎｄ、Ｆｅ、Ｂターゲットにそれぞれ５６Ｗ、１１０Ｗ、１０１Ｗの投入電力でＮｄ−Ｆｅ−Ｂ層を１０ｎｍ成膜した。基板とターゲットの間に取り付けたシャッターを閉じた状態で３分間予備スパッタリングを行って、ターゲット表面上の酸化物などを除去したのち、シャッターを開けてＮｄ−Ｆｅ−Ｂ層を成膜した。成膜速度は０．１２ｎｍ／ｓｅｃである。ここで、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂの膜組成はＮｄ１５Ｆｅ７５Ｂ１０（ａｔ％）である。その後、実施例１と同様の条件でＦｅ０．５Ｍｏ０．５層を成膜した。その後、Ｆｅターゲットに１００Ｗの投入電力を設定し、Ｆｅ層を１ｎｍ成膜した。成膜速度は０．１２ｎｍ／ｓｅｃである。その後、実施例１と同様の条件でＦｅ０．５Ｍｏ０．５層を積層した後、基板温度を５５０℃まで昇温し、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ層を同条件で１０ｎｍ成膜した。その後、基板温度を２００℃まで降温し、薄膜の酸化を防ぐためにＭｏ層を同条件で１０ｎｍ成膜した。つまり実施例１と比較して第一の層の厚さ、第三の層の厚さが異なる。
【００５４】
（実施例１２）熱酸化Ｓｉ基板上に実施例１と同様の条件でＭｏ層を積層した。その後、基板温度を５５０℃まで降温したのち、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ層を成膜した。Ｎｄ、Ｆｅ、Ｂターゲットにそれぞれ５６Ｗ、１１０Ｗ、１０１Ｗの投入電力でＮｄ−Ｆｅ−Ｂ層を２００ｎｍ成膜した。基板とターゲットの間に取り付けたシャッターを閉じた状態で３分間予備スパッタリングを行って、ターゲット表面上の酸化物などを除去したのち、シャッターを開けてＮｄ−Ｆｅ−Ｂ層を成膜した。成膜速度は０．１２ｎｍ／ｓｅｃである。ここで、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂの膜組成はＮｄ１５Ｆｅ７５Ｂ１０（ａｔ％）である。その後、実施例１と同様の条件でＦｅ０．５Ｍｏ０．５層を成膜した。その後、Ｆｅターゲットに１００Ｗの投入電力を設定し、Ｆｅ層を２０ｎｍ成膜した。成膜速度は０．１２ｎｍ／ｓｅｃである。その後、実施例１と同様の条件でＦｅ０．５Ｍｏ０．５層を積層した後、基板温度を５５０℃まで昇温し、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ層を同条件で１０ｎｍ成膜した。その後、基板温度を２００℃まで降温し、薄膜の酸化を防ぐためにＭｏ層を同条件で２００ｎｍ成膜した。つまり実施例１と比較して第一の層の厚さ、第三の層の厚さが異なる。
【００５５】
（実施例１３）熱酸化Ｓｉ基板上に実施例１と同様の条件でＭｏ層を積層した。その後、基板温度を５５０℃まで降温したのち、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ層を成膜した。Ｎｄ、Ｆｅ、Ｂターゲットにそれぞれ５６Ｗ、１１０Ｗ、１０１Ｗの投入電力でＮｄ−Ｆｅ−Ｂ層を５００ｎｍ成膜した。基板とターゲットの間に取り付けたシャッターを閉じた状態で３分間予備スパッタリングを行って、ターゲット表面上の酸化物などを除去したのち、シャッターを開けてＮｄ−Ｆｅ−Ｂ層を成膜した。成膜速度は０．１２ｎｍ／ｓｅｃである。ここで、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂの膜組成はＮｄ１５Ｆｅ７５Ｂ１０（ａｔ％）である。その後、実施例１と同様の条件でＦｅ０．５Ｍｏ０．５層を成膜した。その後、Ｆｅターゲットに１００Ｗの投入電力を設定し、Ｆｅ層を５０ｎｍ成膜した。成膜速度は０．１２ｎｍ／ｓｅｃである。その後、実施例１と同様の条件でＦｅ０．５Ｍｏ０．５層を積層した後、基板温度を５５０℃まで昇温し、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ層を同条件で５００ｎｍ成膜した。その後、基板温度を２００℃まで降温し、薄膜の酸化を防ぐためにＭｏ層を同条件で１０ｎｍ成膜した。つまり実施例１と比較して第一の層の厚さ、第三の層の厚さが異なる。
【００５６】
（実施例１４）熱酸化Ｓｉ基板上に実施例１と同様の条件でＭｏ層を積層した。その後、基板温度を５５０℃まで降温したのち、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ層を成膜した。Ｎｄ、Ｆｅ、Ｂターゲットにそれぞれ５６Ｗ、１１０Ｗ、１０１Ｗの投入電力でＮｄ−Ｆｅ−Ｂ層を１０００ｎｍ成膜した。基板とターゲットの間に取り付けたシャッターを閉じた状態で３分間予備スパッタリングを行って、ターゲット表面上の酸化物などを除去したのち、シャッターを開けてＮｄ−Ｆｅ−Ｂ層を成膜した。成膜速度は０．１２ｎｍ／ｓｅｃである。ここで、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂの膜組成はＮｄ１５Ｆｅ７５Ｂ１０（ａｔ％）である。その後、実施例１と同様の条件でＦｅ０．５Ｍｏ０．５層を成膜した。その後、Ｆｅターゲットに１００Ｗの投入電力を設定し、Ｆｅ層を５０ｎｍ成膜した。成膜速度は０．１２ｎｍ／ｓｅｃである。その後、実施例１と同様の条件でＦｅ０．５Ｍｏ０．５層を積層した後、基板温度を５５０℃まで昇温し、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ層を同条件で１０００ｎｍ成膜した。その後、基板温度を２００℃まで降温し、薄膜の酸化を防ぐためにＭｏ層を同条件で１０ｎｍ成膜した。つまり実施例１３と比較して第三の層の厚さが異なる。
【００５７】
（実施例１５）熱酸化Ｓｉ基板上に実施例１と同様の条件でＭｏ層、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ層を成膜し、その後、２００℃まで降温し、Ｆｅ０．５Ｍｏ０．５層を２ｎｍ成膜した。Ｆｅ、Ｍｏターゲットへの投入電力はそれぞれ５２Ｗ、３６Ｗである。次に実施例１と同様の条件でＦｅ層を６ｎｍ成膜したのち、上記と同条件でＦｅ０．５Ｍｏ０．５層を２ｎｍ成膜した。その後、実施例１で成膜した条件と同様にＦｅｘＭｏ１−ｘ層上にＮｄ−Ｆｅ−Ｂ層、Ｍｏ層を成膜した。つまり実施例１と比較して第二の層の厚さが異なる。
【００５８】
（実施例１６）熱酸化Ｓｉ基板上に実施例１と同様の条件でＭｏ層、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ層を成膜し、その後、２００℃まで降温し、Ｆｅ０．５Ｍｏ０．５層を１．５ｎｍ成膜した。Ｆｅ、Ｍｏターゲットへの投入電力はそれぞれ５２Ｗ、３６Ｗである。次に実施例１と同様の条件でＦｅ層を６ｎｍ成膜したのち、上記と同条件でＦｅ０．５Ｍｏ０．５層を１．５ｎｍ成膜した。その後、実施例１で成膜した条件と同様にＦｅｘＭｏ１−ｘ層上にＮｄ−Ｆｅ−Ｂ層、Ｍｏ層を成膜した。つまり実施例１と比較して第二の層の厚さが異なる。
【００５９】
（実施例１７）熱酸化Ｓｉ基板上に実施例１と同様の条件でＭｏ層、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ層を成膜し、その後、２００℃まで降温し、Ｆｅ０．５Ｍｏ０．５層を０．５ｎｍ成膜した。Ｆｅ、Ｍｏターゲットへの投入電力はそれぞれ５２Ｗ、３６Ｗである。次に実施例１と同様の条件でＦｅ層を６ｎｍ成膜したのち、上記と同条件でＦｅ０．５Ｍｏ０．５層を０．５ｎｍ成膜した。その後、実施例１で成膜した条件と同様にＦｅｘＭｏ１−ｘ層上にＮｄ−Ｆｅ−Ｂ層、Ｍｏ層を成膜した。つまり実施例１と比較して第二の層の厚さが異なる。
【００６０】
（実施例１８）熱酸化Ｓｉ基板上に実施例１と同様の条件でＭｏ層、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ層を成膜し、その後、２００℃まで降温し、Ｆｅ０．５Ｍｏ０．５層を０．１ｎｍ成膜した。Ｆｅ、Ｍｏターゲットへの投入電力はそれぞれ５２Ｗ、３６Ｗである。次に実施例１と同様の条件でＦｅ層を６ｎｍ成膜したのち、上記と同条件でＦｅ０．５Ｍｏ０．５層を０．１ｎｍ成膜した。その後、実施例１で成膜した条件と同様にＦｅｘＭｏ１−ｘ層上にＮｄ−Ｆｅ−Ｂ層、Ｍｏ層を成膜した。つまり実施例１と比較して第二の層の厚さが異なる。
【００６１】
（実施例１９）熱酸化Ｓｉ基板上に実施例１と同様の条件でＭｏ層、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ層、Ｆｅ０．５Ｍｏ０．５層を成膜した。その後、Ｆｅターゲットに６０Ｗ、Ｃｏターゲットに４０Ｗの投入電力でＦｅ０．５Ｃｏ０．５層を６ｎｍ成膜した。成膜速度は０．１２ｎｍ／ｓｅｃである。その後、Ｆｅ０．５Ｍｏ０．５層、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ層、Ｍｏ層を順に積層し薄膜磁石を得た。つまり実施例１と比較して第一の層の組成が異なる。
【００６２】
（実施例２０）熱酸化Ｓｉ基板上に実施例１と同様の条件でＭｏ層、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ層、Ｆｅ０．５Ｍｏ０．５層を成膜した。その後、Ｆｅターゲットに７０Ｗ、Ｃｏターゲットに３０Ｗの投入電力でＦｅ０．７Ｃｏ０．３層を６ｎｍ成膜した。成膜速度は０．１２ｎｍ／ｓｅｃである。その後、Ｆｅ０．７Ｍｏ０．３層、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ層、Ｍｏ層を順に積層し薄膜磁石を得た。つまり実施例１と比較して第一の層の組成が異なる。
【００６３】
（実施例２１）熱酸化Ｓｉ基板上に実施例１と同様の条件でＭｏ層、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ層、Ｆｅ０．５Ｍｏ０．５層を成膜した。その後、Ｆｅターゲットに４５Ｗ、Ｃｏターゲットに６５Ｗの投入電力でＦｅ０．３Ｃｏ０．７層を６ｎｍ成膜した。成膜速度は０．１２ｎｍ／ｓｅｃである。その後、Ｆｅ０．３Ｍｏ０．７層、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ層、Ｍｏ層を順に積層し薄膜磁石を得た。つまり実施例１と比較して第一の層の組成が異なる。
【００６４】
(実施例２２）熱酸化Ｓｉ基板上に実施例１と同様の条件でＭｏ層、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ層を成膜し、その後、２００℃まで降温し、Ｆｅ０．５Ｔａ０．５層を１ｎｍ成膜した。Ｆｅ、Ｔａターゲットへの投入電力はそれぞれ８８Ｗ、３２Ｗである。次に実施例１と同様の条件でＦｅ層を６ｎｍ成膜したのち、上記と同条件でＦｅ０．５Ｔａ０．５層を１ｎｍ成膜した。その後、実施例１で成膜した条件と同様にＦｅｘＴａ１−ｘ層上にＮｄ−Ｆｅ−Ｂ層、Ｍｏ層を成膜した。つまり実施例１と比較して第二の層ＦｅｘＺ１−ｘにおけるＺの元素がＴａである。
【００６５】
表１に実施例１〜実施例２２の、表２に比較例１〜比較例１３の層構成、磁気特性を表にして示す。比較例１は硬磁性であるＮｄ−Ｆｅ−Ｂの薄膜、比較例２は第二の層ＦｅｘＭｏ１−ｘのｘの値を０としたときの薄膜、比較例３は第二の層ＦｅｘＭｏ１−ｘのｘの値を０．９７としたときの薄膜、比較例４は第二の層ＦｅｘＭｏ１−ｘのｘの値を０．０３としたときの薄膜、比較例５は第二の層ＦｅｘＭｏ１−ｘのｘの値を１としたときの薄膜であり、第二層が第一の層と第三の層の間に存在しない薄膜である。比較例６は実施例１３と比較して、第一の層の厚さが１００ｎｍの薄膜、比較例７は実施例１と比較して、第一の層が１００ｎｍの薄膜、比較例８は実施例１と比較して、第一の層が０．３ｎｍの薄膜である。比較例９は実施例１と比較して、第二の層が４ｎｍの薄膜、比較例１０は実施例１と比較して、第二の層が０．０５ｎｍの薄膜である。比較例１１は実施例１と比較して、第三の層が１１００ｎｍの薄膜、比較例１２は実施例１と比較して、第三の層が０．５ｎｍの薄膜である。比較例１３は実施例１と比較して、積層手順が異なり、第二の層と第三の層の間に第一の層が積層された薄膜である。
【表１】
2016207680.tif 000003
【表２】
2016207680.tif 000004
【００６６】
最も最大エネルギー積（ＢＨ）ｍａｘが大きいのは実施例１の薄膜である。比較例１は実施例１〜実施例２２と比較してＭｓが小さく、（ＢＨ）ｍａｘが低い。これは実施例には磁化の高い第一の層が存在していることに由来する。実施例１〜実施例２２は、比較例１と比較して、Ｈｃが減少した。これは軟磁性である第一の層が薄膜磁石全体の異方性を減少させたことに起因している。また、比較例２、比較例３は第二の層が第一の層と第三の層の交換結合を切断してしまい、（ＢＨ）ｍａｘが実施例と比較して低くなっている。比較例４は、ｘの値が小さいため、第一の層から発生する磁化反転の伝播を抑制する第二の層の効果が小さく、保磁力が低くなり、高い（ＢＨ）ｍａｘが得られなかった。比較例５は第二の層がないため、第一の層から発生する磁化反転の伝播を抑制する機構がない。そのため、高い（ＢＨ）ｍａｘが得られなかった。比較例６、比較例７は第一の層の厚さが大きく、第一の層の磁化反転を抑制できず、高い（ＢＨ）ｍａｘが得られなかった。比較例８は第一の層の厚さが小さく、磁化が向上する効果が得られなかった。比較例９は第二の層が厚く、第一の層と第三の層の交換結合を切断してしまい、（ＢＨ）ｍａｘが実施例よりも低くなった。比較例１０は第二の層が薄く、第一の層から発生する磁化反転の伝播を抑制する第二の層の効果が小さく、保磁力が低くなり、高い（ＢＨ）ｍａｘが得られなかった。比較例１１は第三の層の厚いことで、第一の層の割合が小さくなり、磁化が向上する効果が得られなかった。比較例１２は第三の層が薄く、熱擾乱により保磁力が小さくなり、（ＢＨ）ｍａｘが低くなった。比較例１３は第二の層が第一の層と第三の層の間に存在しないため、第一の層から発生する磁化反転の伝播を抑制することができず、（ＢＨ）ｍａｘが低くなった。
【００６７】
実施例１〜実施例２２は比較例１のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ薄膜よりも高い（ＢＨ）ｍａｘを示し、ナノコンポジット磁石の効果を示している。
【００６８】
図２に実施例１、比較例１、比較例２、比較例５の磁気ヒステリシス曲線を示す。実施例１では、比較例１と比較して、Ｍｓ、Ｍｒが高く、より高い最大エネルギー積をえることができる。それに対し、比較例２のように第二層にＦｅ元素がない比較例２では、第三の層であるＮｄ−Ｆｅ−Ｂと第一の層であるＦｅが交換結合せず、磁気ヒステリシスが二段に分かれてしまっている。また、比較例３では第二層がないため、磁化反転を抑制できず、高いＭｒ、Ｈｃが得られていない。すなわち、上記の実施例のような構造をとることにより、高い（ＢＨ）ｍａｘを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明実施形態の断面図
【図２】実施例１、比較例１、比較例２、比較例５の減磁曲線
【図１】
2016207680.tif 000005
【図２】
2016207680.tif 000006