(57)【要約】【課題】Ｒ−Ｔ−Ｂ系主相粒子の磁化容易軸と薄膜面内方向とのなす角度を小さくすることで、Ｒ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜の面内方向における高い残留磁束密度を得ること。【解決手段】薄膜の垂直方向の断面において、粒界三重点のＲリッチ相の断面形状を多角形に近似した際の、前記多角形をなす斜辺のうち少なくとも１辺を、薄膜基板垂線となす角度が６０°より小さくすることで、前記斜辺と直角な関係を持つ、前記斜辺に隣接するＲ−Ｔ−Ｂ系主相粒子の磁化容易軸と薄膜面内方向とのなす角度が小さくなる。これにより、本Ｒ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜は薄膜面内方向における高い残留磁束密度を得ることができる。【選択図】図１
2017011086.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主相と粒界相を含むＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜であって、薄膜の垂直方向の断面において、粒界三重点にＲリッチ相δが存在することを特徴とするＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜。
ただし、前記Ｒリッチ相δは、その断面形状を多角形に近似した際に、前記多角形を構成する斜辺のうち少なくとも１つは、薄膜基板垂線となす角度が６０°より小さい斜辺であり、かつ、隣接するＲ−Ｔ−Ｂ系主相粒子の磁化容易軸方向となす角度が直角な斜辺であることを特徴とし、かつ、Ｒは少なくとも１種以上の希土類元素であって、ＴはＦｅ、もしくはＦｅとＣｏを必須とする少なくとも１種以上の遷移金属元素であり、Ｒ／Ｔが原子比率で０．１８以上０．４０以下である。
【請求項２】
薄膜の垂直方向の断面において、前記Ｒリッチ相δの数密度が０．１５（個／μｍ２）以上４．０（個／μｍ２）以下であることを特徴とする請求項１に記載のＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｒ−Ｔ−Ｂ系希土類永久磁石薄膜に関し、微細構造を制御することによって薄膜面内方向に高残留磁束密度が得られるＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜に関する。
【背景技術】
【０００２】
正方晶Ｒ２Ｔ１４Ｂ化合物を主相とするＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石（Ｒは希土類元素、ＴはＦｅまたはその一部がＣｏによって置換されたＦｅ）は優れた磁気特性を有することが知られており、１９８２年の発明（特許文献１）以来、代表的な高性能永久磁石である。特に、希土類元素ＲがＮｄ、Ｐｒ、Ｄｙ、Ｈｏ、ＴｂからなるＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石は異方性磁界Ｈａが大きく永久磁石材料として広く用いられてきた。中でも希土類元素ＲをＮｄとしたＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石は、飽和磁束密度Ｍｓ、残留磁束密度Ｍｒ、キュリー温度Ｔｃ、異方性磁界Ｈａのバランスが良く、資源量、耐食性において他の希土類元素Ｒを用いたＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石よりも優れているために民生、産業、輸送機器などに広く用いられている。
【０００３】
近年、電子機器の小型・高性能化に伴い、民生、産業、輸送機器などに使用される永久磁石の小型化、薄型化が要求されている。しかし、主に粉末冶金法で製造されるＲ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石の小型化、薄型化には限界があり、そこで、成膜プロセスを用いたＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜の研究が活性化している。
【０００４】
最近では、厚さが０．５ｍｍより小さいＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜を作製する方法として、スパッタリング等の物理的成膜法が提案されている。これは、Ｒ−Ｔ−Ｂ系永久磁石を真空又は減圧空間内で基板上に堆積させて熱処理を施すという方法であり、焼結法と比べて比較的簡単なプロセスでＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５９−４６００８号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、９０巻、０９２５０９頁、２００７年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
単一のＲ−Ｔ−Ｂ系主相粒子から、高い残留磁束密度を取り出すためには、この粒子の磁化容易軸方向、この粒子を磁化する方向、残留磁束密度を取り出す方向の３方向を、同一方向にする必要がある。Ｒ−Ｔ−Ｂ系主相粒子の集合体である永久磁石から、高い残留磁束密度を取り出すためには、上記条件に加え、主相粒子の磁化容易軸方向を配向させる必要がある。例えば、焼結法によりＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石を作製する場合、非磁場中成形では等方性磁石となるが、磁場中成形では配向磁石を得ることができる。
【０００８】
一方、Ｒ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜においては、薄膜面直方向に主相粒子の磁化容易軸が配向しやすいという傾向がある。よって、薄膜面直方向に残留磁束密度を取り出しやすい永久磁石薄膜を作製することは容易である。反面、薄膜面内方向に残留磁束密度を取り出すことを目的とした永久磁石薄膜を作製したい場合に、Ｒ−Ｔ−Ｂ系主相粒子の磁化容易軸を薄膜面内方向に配向させることは困難である。そこで非特許文献１では、Ｒ−Ｔ−Ｂ系主相粒子が面直方向に配向しないような熱処理を施し、等方性Ｒ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜を作製することで、薄膜面内方向に残留磁束密度を取り出しやすくしている。しかし、等方性という性質のため、Ｒ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜の面内方向における残留磁束密度は０．５Ｔ程度に留まっており、十分に高いとはいえない。
【０００９】
本発明は、前記に鑑みてなされたものであって、Ｒ−Ｔ−Ｂ系主相粒子の磁化容易軸方向と薄膜面内方向とのなす角度を小さくすることで、本Ｒ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜の面内方向における高い残留磁束密度を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜は、主相と粒界相を含むＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜であって、薄膜の垂直方向の断面において、粒界三重点にＲリッチ相δが存在するＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜であることを特徴とする。
ただし、前記Ｒリッチ相δは、その断面形状を多角形に近似した際に、前記多角形を構成する斜辺のうち少なくとも１つは、薄膜基板垂線となす角度が６０°より小さい斜辺であり、かつ、隣接するＲ−Ｔ−Ｂ系主相粒子の磁化容易軸方向となす角度が直角な斜辺であることを特徴とし、かつ、Ｒは少なくとも１種以上の希土類元素であって、ＴはＦｅ、もしくはＦｅとＣｏを必須とする少なくとも１種以上の遷移金属元素であり、Ｒ／Ｔが原子比率で０．１８以上０．４０以下である。
【００１１】
前記粒界三重点のＲリッチ相の断面形状を多角形に近似した際に、前記多角形を構成する斜辺と薄膜基板垂線とのなす角度を６０°より小さくすることは、その斜辺と直角な関係を持つＲ−Ｔ−Ｂ系主相粒子の磁化容易軸と薄膜面内方向とのなす角度が小さくなるという作用がある。その結果、本Ｒ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜は薄膜面内方向における高い残留磁束密度を得られる。
【００１２】
薄膜の垂直方向の断面において、前記Ｒリッチ相δの数密度が０．１５（個／μｍ２）以上４．０（個／μｍ２）以下であることが好ましい。
【００１３】
Ｒ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜の垂直方向の断面において、粒界三重点に存在するＲリッチ相δの数密度を０．１５（個／μｍ２）以上とすることは、Ｒリッチ相δの斜辺の有する前記影響を受けるＲ−Ｔ−Ｂ系主相粒子が優勢になるという効果がある。また、薄膜の垂直方向の断面における前記Ｒリッチ相δの数密度を４．０（個／μｍ２）以下とすることは、Ｒリッチ相同士の間隔が十分広くなり、斜辺とそれに隣接するＲ−Ｔ−Ｂ系主相粒子の磁化容易軸方向が垂直になりやすくなる効果がある。その結果、本Ｒ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜は薄膜面内方向における特に高い残留磁束密度を得ることが可能となる。
【発明の効果】
【００１４】
本件発明は、Ｒ−Ｔ−Ｂ系主相粒子の磁化容易軸と薄膜面内方向とのなす角度を小さくすることによって、本Ｒ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜の面内方向における残留磁束密度を高くすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】Ｒ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜の垂直方向の断面における、Ｒリッチ相δと、Ｒリッチ相δの斜辺に隣接するＲ−Ｔ−Ｂ系主相粒子についての、形状及び位置関係を示すイメージ図である。
【図２】本発明のＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜の垂直方向の断面において、図１に示す構造を複数の場所で有する、本発明のＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜のイメージ図である。
【図３】実施例１で作製した薄膜試料の垂直方向の断面についての、ＳＴＥＭのＨＡＡＤＦ像である。
【図４】実施例１で作製した薄膜試料の垂直方向の断面についての、ＳＥＭの反射電子組成像である。
【図５】図４に対し、二値化を行うことにより、前記Ｒリッチ相δの外周である曲線を得た図である。
【図６】図５で得られた、前記Ｒリッチ相δの外周である曲線を多角形に近似し、Ｒリッチ相の斜辺を得た図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明を実施するための形態（実施形態）につき、詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。
【００１７】
本実施形態に係るＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜は、組成がＲ（Ｒは少なくとも１種以上の希土類元素）、Ｔ（ＴはＦｅ又はＦｅ及びＣｏを必須とする少なくとも１種以上の遷移金属元素）、及び、ＢからなるＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜であり、Ｒ２Ｔ１４Ｂ構造を主相とする。ここで、Ｒ２Ｔ１４Ｂ構造をもつ粒子を、Ｒ−Ｔ−Ｂ系主相粒子と記載する。Ｒ２Ｔ１４Ｂ構造の磁化容易軸はｃ軸である。
【００１８】
本実施形態に係るＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜は、Ｒ−Ｔ−Ｂ系主相粒子と、Ｒリッチ相、及び、ＲＦｅ４Ｂ４相を含む粒界相から構成される。Ｒリッチ相は、Ｒ相、ＲＯ相、Ｒ２Ｏ３相、または、Ｒ−Ｔ相から構成される。Ｒリッチ相は、重い元素の含有量（比率）が高いため、ＳＥＭの反射電子組成像等の原子量に依存したコントラストが得られる観察法を用いた場合、Ｒ−Ｔ−Ｂ系主相粒子よりも白く観察され、判別可能である。Ｒ−Ｔ相とは、組成がＲ、Ｔからなるアモルファスの相である。Ｒ−Ｔ相はアモルファスの相であるため、組成比は一定ではない。
【００１９】
本実施形態に係る「粒界三重点」とは、磁性体を構成する３つ以上の結晶粒子に囲まれた領域、または、磁性体を構成する２つ以上の結晶粒子に囲まれかつ基板に接する領域を意味する。以降、粒界三重点に存在するＲリッチ相のことを、単にＲリッチ相と呼ぶものとする。
【００２０】
本実施形態において、前記Ｒは少なくとも１種以上の希土類元素である。なお、Ｒは高い異方性磁界を得ることを考慮すると、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｔｂであることが好ましく、また、原料価格と耐食性の観点から、Ｎｄが更に好ましい。
【００２１】
本実施形態において、前記ＴはＦｅ又はＦｅ及びＣｏを必須とする少なくとも１種以上の遷移金属元素である。本実施形態において、ＴはＣｏを１０．０ａｔ％以下含有することができる。ＣｏはＦｅと同様の相を形成するが、キュリー温度の向上、粒界相の耐食性向上に効果がある。
【００２２】
本実施形態において、Ｂは、その一部をＣで置換してもよい。Ｃの置換量はＢに対して１０．０ａｔ％以下とすることが好ましい。
【００２３】
本実施形態に係るＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜は、Ａｌ及びＣｕの１種又は２種を０．０１〜１．２ａｔ％の範囲で含有することができる。この範囲でＡｌ及びＣｕの１種又は２種を含有させることにより、得られるＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜の高保磁力化、高耐食性化、温度特性の改善が可能となる。また、本実施形態に係るＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜は、他の元素の含有を許容する。例えば、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｂｉ、Ｓｎ、Ｇａ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｓｉ、Ｖ、Ａｇ、Ｇｅ等の元素を適宜含有させることが出来る。
【００２４】
本実施形態に係るＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜は、原料に由来する不純物、又は製造時に混入する不純物としての他の成分を含んでもよい。
【００２５】
本実施形態のＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜の原子比率でのＲ／Ｔは０．１８以上０．４０以下である。Ｒ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜の原子比率でのＲ／Ｔが０．１８未満であると、Ｒ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜に含まれるＲ２Ｔ１４Ｂ相が十分に大きい体積比率で作製されないため、軟磁性を持つα−Ｆｅなどが析出し、残留磁束密度が著しく低下する。一方、原子比率でのＲ／Ｔが０．４０を超えるとＲ２Ｔ１４Ｂ相の体積比率が低下し、残留磁束密度が低下する。
【００２６】
本実施形態に係るＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜は、基板として熱酸化膜付きＳｉ基板を用いている。基板としてガラス基板、石英基板、シリコンウェハーを用いることも可能である。
【００２７】
本実施形態に係るＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜は、Ｒ−Ｔ−Ｂ系磁性層の上下に基板との反応防止、及び酸化防止のための保護層があってもよい。保護層としては、例えばＭｏやＴａの薄膜が利用できる。
【００２８】
「（Ｒリッチ相の）斜辺」とは、粒界三重点に存在するＲリッチ相の断面形状を多角形に近似した際に、多角形を構成する辺のうち基板に最も近い辺を除外した、上記多角形の辺と定義する。また、「（Ｒリッチ相の）斜辺λ」とは、薄膜基板垂線となす角度が６０°より小さい斜辺であり、かつ、隣接するＲ−Ｔ−Ｂ系主相粒子の磁化容易軸方向となす角度が直角な斜辺であることを特徴とする、特殊なＲリッチ相の斜辺と定義する。
【００２９】
「（ある形状を）多角形に近似する」とは、ある幾何学的形状が与えられた際に、その外周である閉じた曲線に対して、下記に示す処理を行った結果、最終的に曲線が多角形となることである。まず、曲線を同じ長さの線分（ここでは５０ｎｍとする）に分解する処理を行う。続いて、隣り合う線分同士が互いに近い傾き（ここでは４５°より小さい角度とする）をなす場合、線分同士を平均化して合成することで新たな線分を作成する手順を、より近い傾きをなす線分同士から始め、互いに近い傾きをなす線分がなくなるまで繰り返す処理を行う。最後に、一度も合成を行っていない辺を取り除いて正しい近似を行うため、多角形を構成する辺から５０ｎｍ以下の辺を取り除く処理を行う。最終的に得られたＮ個の辺によって構成された形状について、幾何学的に閉じていない場合であっても、便宜上、「多角形（ｎ角形）」と呼ぶことにする（ただしｎは３以上の整数）。ｎが２以下になった場合は、粒界三重点にＲリッチ相が存在せず、多角形に近似できなかったものとする。
【００３０】
「Ｒリッチ相δ」とは、Ｒリッチ相の斜辺のうち少なくとも１つが斜辺λであることを特徴とする、特殊なＲリッチ相である。本発明のＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜は、薄膜の垂直方向の断面において、粒界三重点にＲリッチ相δが存在することを特徴とする。
【００３１】
上記の通り、Ｒリッチ相δの断面形状を多角形に近似した際に、前記多角形を構成する斜辺のうち少なくとも１つは斜辺λとなるが、特に、前記多角形は三角形であって、Ｒリッチ相δの２つの斜辺のうち両方が斜辺λであり、かつ、前記多角形を構成する辺のうち基板に最も近い辺は基板（下地）と隣接することが好ましい。図１に、Ｒ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜の垂直方向の断面における、本実施形態薄膜の有するＲリッチ相δと、Ｒリッチ相δの斜辺に隣接するＲ−Ｔ−Ｂ系主相粒子についての、形状及び位置関係を示す。薄膜基板垂線４とＲリッチ相の斜辺５とのなす角度６が６０°より小さい場合、Ｒリッチ相の斜辺５に隣接するＲ−Ｔ−Ｂ系主相粒子３の磁化容易軸７と薄膜面内方向９とのなす角度１０が小さくなることで、Ｒ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜の面内方向における残留磁束密度が高くなる。
【００３２】
角度６が６０°より小さい場合、角度１０が小さくなる。これは、Ｒリッチ相の斜辺５と、その斜辺に隣接するＲ−Ｔ−Ｂ系主相粒子３の磁化容易軸７とのなす角度８は直角であるため、角度６と角度１０が等しいからである。よって、角度６の平均が６０°より小さい場合、Ｒ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜の面内方向における残留磁束密度が高くなる。
【００３３】
角度６が６０°以上の場合、角度１０が大きくなる。したがってＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜の面内方向における残留磁束密度が低下する。また、粒界三重点に存在するＲリッチ相自体が非常に小さい、または、存在しない場合、Ｒリッチ相δの斜辺λ、及び、Ｒリッチ相δが存在しえず、角度１０を小さくする効果がない。したがってＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜の面内方向における残留磁束密度が低下する。
【００３４】
Ｒリッチ相δの断面積は、０．０２０μｍ２以上が好ましい。Ｒリッチ相δの断面積が０．０２０μｍ２未満であるＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜は、作製することが難しい。Ｒ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜は、加熱した際にＲリッチ相が粒界三重点から二粒子粒界へと拡散することもあり、Ｒリッチ相を微小に制御しようとする場合、上記拡散によりＲリッチ相の形状や断面積を制御することが難しいためと考えられる。
【００３５】
図２に、本発明のＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜の垂直方向の断面において、図１に示す構造を複数の場所で有する、本発明のＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜のイメージ図を示す。Ｒ−Ｔ−Ｂ系主相粒子のすべてがＲリッチ相δの斜辺λに隣接し、適切な粒径を持つことで、より特性の高いＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜を得ることができる。
【００３６】
Ｒリッチ相δの斜辺λとそれに隣接するＲ−Ｔ−Ｂ系主相粒子の磁化容易軸方向となす角度は直角である。ただし、ここで「（２つの直線のなす角度が）８０°以上１００°以下である」場合、「（２つの直線のなす角度が）直角である」とみなす。垂直方向の断面において、Ｒリッチ相の斜辺を複数の場所で有する図２の薄膜においては、全Ｒリッチ相の斜辺のうち、５０％以上の斜辺が、隣接するＲ−Ｔ−Ｂ系主相粒子の磁化容易軸方向となす角度が直角であることが必要である。また、なるべく多くの斜辺が隣接するＲ−Ｔ−Ｂ系主相粒子の磁化容易軸方向となす角度が直角であることが好ましい。磁石薄膜におけるＲリッチ相の斜辺のうち、隣接するＲ−Ｔ−Ｂ系主相粒子の磁化容易軸方向となす角度が直角である斜辺が５０％未満の場合、全Ｒリッチ相の斜辺に占める斜辺λの割合が低下し、Ｒ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜の面内方向における残留磁束密度が低下する。
【００３７】
Ｒ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜の垂直方向の断面における前記Ｒリッチ相δの数密度は、０．１５（個／μｍ２）以上４．０（個／μｍ２）以下であることが好ましい。薄膜の垂直方向の断面におけるＲリッチ相δの数密度が０．１５（個／μｍ２）以上である場合には、前記Ｒリッチ相δの斜辺λの影響を受けるＲ−Ｔ−Ｂ系主相粒子が優勢になり、Ｒ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜の面内方向における残留磁束密度を高くすることができる。また、薄膜の垂直方向の断面におけるＲリッチ相δの数密度が４．０（個／μｍ２）以下である場合には、Ｒリッチ相同士の間隔が十分広くなり、斜辺とそれに隣接するＲ−Ｔ−Ｂ系主相粒子の磁化容易軸方向が垂直になりやすくなる効果があるため、Ｒ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜の面内方向における残留磁束密度を高くすることができる。
【００３８】
図１、及び、図２では、Ｒリッチ相δの断面形状を多角形に近似した際に、特に、前記多角形が三角形になる場合の説明を行ったが、他の多角形であっても上記斜辺λを有すれば、Ｒ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜の面内方向における残留磁束密度が同様に高くなる効果がある。
【００３９】
以下、本件発明の製造方法及びそれにより作製された試料の好適な例について説明する。Ｒ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜の製造方法は、蒸着法、ＰＬＤ法などがあるが、蒸着法におけるスパッタリングによる製造方法の一例について説明する。
【００４０】
材料として、先ずターゲット材を準備する。ターゲット材は、Ｒ単元素ターゲット材、Ｔ単元素ターゲット材、及びＢ単元素ターゲット材とする。また、一部合金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もできる。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、合金ターゲット材、単元素ターゲット材の両方の方法で含有させることができる。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。
【００４１】
ターゲット材は、保管中に表面から酸化する。特に、Ｒの希土類単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必要がある。
【００４２】
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内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。
【００４３】
本実施形態では、上述したターゲット材及び基材を用いて、前記の構造のＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜を作製する。本実施形態では成膜を３段階に分ける。１段階目はＴのスパッタリングであり、２段階目はＲ、Ｔのスパッタリングである。ここまでの工程で、Ｒリッチ相の形成及びその微細構造制御を行う。３段階目として、Ｒ、Ｔ、Ｂをスパッタリングし、Ｒ−Ｔ−Ｂ系主相粒子を形成する。
【００４４】
１段階目として、Ｔをスパッタリングし、基板上にＴ相を作製する。このとき、Ｔ相成膜温度によってＴ相の凹凸形状を変えることができる。例えば、ＴがＦｅのときには、成膜温度が２７０℃程度以上で表面拡散が起こることが知られている。すなわちこの温度以下の成膜温度では、拡散が起こりにくくなるためＴ相が粗くなり、逆に、この温度より高い成膜温度では、拡散が起こりやすくなるためＴ相が平坦になる。
【００４５】
薄膜の垂直方向の断面における、Ｒリッチ相δの数密度は、その下地相であるＴ相の凹凸形状によって制御が可能である。Ｔ相の成膜温度が十分低く、Ｔ相の形状が粗い場合、薄膜の垂直方向の断面におけるこの後に作製されるＲリッチ相δの数密度が十分大きくなりやすく、Ｒリッチ相δの斜辺λの影響を受けるＲ−Ｔ−Ｂ系主相粒子が優勢になるため、Ｒ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜の面内方向における残留磁束密度を高くすることができる。
【００４６】
続いて、２段階目として、Ｒ、Ｔをスパッタリングし、Ｒリッチ相を作製する。このとき、１段階目に作製したＴ相の凹みの部分にＲリッチ相が優先的に凝集するため、Ｒリッチ相はＴ相の凹凸に応じた分布となる。また、Ｒリッチ相を液相として成膜し形状を制御する。Ｒリッチ相の形状は２段階目のＲ、Ｔのスパッタリングの成膜温度などの条件に依存する。
【００４７】
薄膜基板垂線とＲリッチ相の斜辺とのなす角度は、２段階目のＲ、Ｔのスパッタリングの成膜温度に依存する。Ｒ、Ｔのスパッタリングの成膜温度が高い場合、成膜されたＲリッチ相は高い熱エネルギーを有し凝集するため、薄膜基板垂線とＲリッチ相の斜辺とのなす角度が６０°より小さくなる。そのため、Ｒ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜の面内方向における残留磁束密度を高くすることができる。Ｒ、Ｔのスパッタリングの成膜温度が低い場合、成膜されたＲリッチ相は低い熱エネルギーを有し凝集しにくいため、薄膜基板垂線とＲリッチ相の斜辺とのなす角度が６０°以上になる。そのため、Ｒ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜の面内方向における残留磁束密度が低下する。
【００４８】
本実施形態では、２段階目のＲリッチ相をＲとＴの組み合わせでスパッタリングして作製する。これは、例えばＲがＮｄ、ＴがＦｅである場合、Ｎｄの融点が１０２０℃であるのに対し、Ｎｄ−Ｆｅの共晶温度はＮｄ単体の融点よりも低く、Ｎｄのみをスパッタリングして作製する方法よりも凝集しやすいためである。Ｎｄリッチ相の、融点が低く好ましい組成比としては、Ｎｄ／Ｆｅが０．７以上０．９以下であり、このとき融点は６００℃以上９００℃以下と下降する。なお、この時１段階目のＦｅ相は融点が高いため固体のままである。共晶温度はＲとＴの組み合わせによって変化するため、最適な温度もＲとＴの組み合わせにより変化する。
【００４９】
３段階目として、Ｒ、Ｔ、Ｂをスパッタリングし、Ｒ−Ｔ−Ｂ系主相粒子を作製する。Ｒ−Ｔ−Ｂ系主相粒子が、２段階目に作製したＲリッチ相の斜辺に隣接するように作製される。このとき、Ｒリッチ相の位置が粒界三重点となる。成膜温度が適切であった場合、Ｒリッチ相の斜辺に隣接するＲ−Ｔ−Ｂ系主相粒子の磁化容易軸とのなす角度が直角となる。
【００５０】
３段階目のＲ、Ｔ、Ｂのスパッタリング中は、基材を４００℃以上７００℃以下で加熱し、結晶化させる。ＲがＮｄ、ＴがＦｅの場合、より好ましくは、６００℃以上７００℃以下で加熱し、結晶化させる。ただし最適な温度はＲ、Ｔの種類によって変化する。
【００５１】
以上、本件発明を好適に実施するための製造方法に関する形態を説明したが、次いで、本件発明のＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜について、磁気特性の評価方法、組成分析方法、薄膜の垂直方向の断面観察方法について説明する。
【００５２】
各試料の磁気特性は振動試料型磁力計（ＶＳＭ：Ｖｉｂｒａｔｉｎｇ  Ｓａｍｐｌｅ  Ｍａｇｎｅｔｒｏｍｅｔｅｒ）を用い、基板方向に平行な方向に±４Ｔの磁界を加えて測定する。
【００５３】
磁気特性の評価後に誘導結合プラズマ発光分光分析（ＩＣＰ−ＡＥＳ：Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ−Ａｔｏｍｉｃ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）及びＸ線回折法（ＸＲＤ：Ｘ−ｒａｙ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）を行い、設計通りの原子組成比及び結晶構造になっているかどうかを解析する。
【００５４】
この薄膜について、収束イオンビーム（ＦＩＢ：Ｆｏｃｕｓｅｄ  Ｉｏｎ  Ｂｅａｍ）にて試料を加工後、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）、及び、走査型透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）
を用いて薄膜の垂直方向の断面を観察する。ただし、Ｒリッチ相や、Ｒ−Ｔ−Ｂ系主相粒子の観察を行う際には、ＳＥＭの反射電子組成像、及び、ＳＴＥＭの高角度環状暗視野（ＨＡＡＤＦ：Ｈｉｇｈ  Ａｎｇｌｅ  Ａｎｎｕｌａｒ  Ｄａｒｋ−Ｆｉｅｌｄ）を利用する。ＳＥＭの反射電子組成像及びＳＴＥＭのＨＡＡＤＦ像を用いる理由は、原子量に依存したコントラストが得られ、Ｒリッチ相とＲ−Ｔ−Ｂ系主相粒子の比較を行いやすいためである。
【００５５】
ＳＥＭを用いて、ＦＩＢにより加工されたＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜の垂直方向の断面についての観察を行う。ＳＥＭの反射電子組成像を用いて、視野中のＲリッチ相の有無及び形状について、下記に示す通りに観察を行う。視野中にＲリッチ相が存在する場合は、二粒子粒界を取り除いた後に、粒界三重点に存在する全てのＲリッチ相に対して、一部画像解析ソフトを用いて下記の通りにＲリッチ相の斜辺を定義する。ＳＥＭの反射電子組成像に対し二値化を行うことにより、Ｒリッチ相とＲ−Ｔ−Ｂ系主相粒子との境界の曲線が得られる。その曲線について、５０ｎｍごとに分割し、それぞれ近似線分を引くことで、曲線を複数の線分に分解する。任意の２つの隣り合う線分同士のなす角度が４５°未満である場合、隣り合う線分同士のなす角度が小さい順に、隣り合う線分を平均することで、新たに大きな線分を合成する。合成した新たな線分は、隣り合う別の線分と同様に合成できるが、全ての元の線分同士のなす角度が４５°未満である必要がある。５０ｎｍ以下の線分は除く。線分同士がこれ以上合成できない場合、それらの線分が多角形を構成する辺となる。最後に、基板に最も近い多角形を構成する辺を除いたものが、Ｒリッチ相の斜辺となる。
【００５６】
視野中にＲリッチ相が存在する場合は、全てのＲリッチ相が有する全ての斜辺に対して、ＳＥＭ及びＳＴＥＭを用いて下記の観察を行う。ＳＥＭの反射電子組成像を用いて、視野中のＲリッチ相の個数を計測し、「Ｒリッチ相の数密度Ｎ」について、「視野中のＲリッチ相の個数」を「視野中のＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜の断面積」で除算したものとして定義し、算出する。薄膜基板垂線とＲリッチ相の斜辺とのなす角度を測定し、その角度の平均値を求める。ＳＴＥＭの原子像を用いて、Ｒリッチ相の斜辺とそれに隣接するＲ−Ｔ−Ｂ系主相粒子の磁化容易軸方向とのなす角度を測定する。上記測定をもとに、「Ｒリッチ相の斜辺と隣接するＲ−Ｔ−Ｂ系主相粒子の磁化容易軸方向とのなす角度が直角（８０°以上１００°以下）である割合」を算出する。上記測定をもとに、Ｒリッチ相の斜辺が斜辺λであるか、すなわち、その斜辺が属するＲリッチ相がＲリッチ相δであるかを判断し、「Ｒリッチ相δの数密度Ｎδ」を算出する。ただし、垂直方向の断面での観察から算出された、Ｒリッチ相の数密度が１．０（個／μｍ２）以下の場合は、同一薄膜試料について、直前の観察を行った断面と垂直方向に１００μｍ離れており、かつ、直前の観察を行った断面と平行である、別の断面にてＦＩＢによる加工を行い、その断面についてＳＥＭ及びＳＴＥＭによる観察を同様に行う。この切断、観察作業は計５回行う。この場合、上記の各種数値は、この５回の観察において観察された、全Ｒリッチ相、及び、全Ｒリッチ相の斜辺についての平均を取るものとした。
【実施例】
【００５７】
以下、本発明の内容を実施例及び比較例を用いて詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００５８】
ＲをＮｄまたはＰｒ、ＴをＦｅとし、実験を行った。ターゲット材は、Ｎｄターゲット材、Ｐｒターゲット材、Ｆｅターゲット材、Ｂターゲット材、Ｍｏターゲット材を使用した。成膜を行う基材には熱酸化膜付きＳｉ基板を準備した。ターゲット材のサイズは直径７６．２ｍｍ、基材のサイズは１０ｍｍ×１０ｍｍとし、膜の面内均一性が十分に保たれる条件とした。
【００５９】
成膜装置は、１０−８Ｐａ以下まで排気が可能であり、同一槽内に複数のスパッタリング機構を有する装置を用いた。この成膜装置内に前記Ｎｄターゲット材、Ｐｒターゲット材Ｆｅターゲット材、Ｂターゲット材、さらに下地膜、保護膜に用いるＭｏターゲット材を装着した。スパッタリングは、マグネトロン・スパッタリング法を用いることにより、１ＰａのＡｒ雰囲気とし、ＲＦ電源にて行った。尚、ＲＦ電源のパワーと成膜時間は、試料の構成に応じて調整した。
【００６０】
［実施例１］
膜構成は、先ず下地膜としてＭｏを３００℃にて２０ｎｍの厚さで成膜した。次に、１段階目の成膜として、Ｆｅを凹凸形状となるように、２６０℃にて５ｎｍの厚さで成膜した。続いて、２段階目の成膜として、Ｒ８０Ｆｅ２０の組成のＲ−Ｔ相を、７５０℃にて４５ｎｍの厚さで成膜した。１時間かけて６５０℃まで下げた後、３段階目の成膜としてＲ１８Ｆｅ７３Ｂ１１の組成のＲ−Ｔ−Ｂ系主相粒子を、６５０℃にて９５０ｎｍの厚さで成膜した。スパッタリング方法は、複数の単元素ターゲット材を同時にスパッタリングする方法で行った。２００℃に冷却後、保護膜として、Ｍｏを１０ｎｍの厚さで成膜し、その後真空中で室温まで冷却した後に成膜装置から取り出した。
【００６１】
各試料の磁気特性はＶＳＭを用い、基板方向に平行な方向に±４Ｔの磁界を加えて測定した。本件発明では、Ｒ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜の面内方向における残留磁束密度が０．６０Ｔよりも高い場合、薄膜面内方向に高い残留磁束密度を持つ薄膜であると判断した。
【００６２】
本Ｒ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜について、ＦＩＢを用いて試料を加工した。加工後の断面が、基板垂線方向を含むように断面を加工した。
【００６３】
ＳＥＭを用いて、ＦＩＢにより加工されたＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜の断面についての観察を行った。視野中のＲ−Ｔ−Ｂ系磁性層の断面積を測定した。実施例１の観察断面の形状は面内方向に平均９．４μｍ、面直方向に平均１．０μｍであり、平均断面積は９．４μｍ２であった。ＳＥＭの反射電子組成像を用いて、視野中のＲリッチ相の有無及び形状を観察した。
【００６４】
図３に、実施例１で観察されたＳＴＥＭのＨＡＡＤＦ像を示す。図３の中央で観察された白色の三角形が、Ｒリッチ相である。図４〜図６に、実施例１で観察されたＳＥＭの反射電子組成像及びその解析画像を示す。視野中にＲリッチ相が存在する場合は、その個数を求め、さらに、全てのＲリッチ相に対して、一部部画像解析ソフトを用いて［００５６］に示す通りにＲリッチ相の斜辺を定義した。ＳＥＭの反射電子組成像（図４）に対し二値化を行うことにより、Ｒリッチ相とＲ−Ｔ−Ｂ系主相粒子との境界の曲線が図５のように得られた。図中、実線の補助線は、これにより得られた境界の曲線について、近似的に、複数の５０ｎｍの長さの線分に分解したものである。この後、図５の複数の線分に対し、隣り合う線分同士の合成を行うことで、Ｒリッチ相の斜辺が図６のように得られた。図中、実線補助線１１、１２がＲリッチ相の斜辺である。破線補助線１３、１４は、一度も合成していない線分のため、多角形を構成する辺から除かれた線分である。破線補助線１５は、多角形を構成する辺ではあるものの、そのうち基板に最も近い辺であるため、Ｒリッチ相の斜辺ではない辺である。また、図中に示す点線補助線は薄膜基板垂線であり、その付近に示された角度は、薄膜基板垂線とＲリッチ相の辺とのなす角度である。
【００６５】
ＳＴＥＭの原子像を用いて、Ｒリッチ相の斜辺と、それに隣接するＲ−Ｔ−Ｂ系主相粒子の磁化容易軸とのなす角度を測定した。また、ＳＥＭの反射電子組成像を用いて、薄膜基板垂線とＲリッチ相の斜辺とのなす角度を測定した。
【００６６】
［００５６］に示す通りに、垂直方向の断面での観察から、「Ｒリッチ相の数密度」、「薄膜基板垂線とＲリッチ相の斜辺とのなす角度の平均」、「Ｒリッチ相の斜辺と隣接するＲ−Ｔ−Ｂ系主相粒子の磁化容易軸方向とのなす角度が直角（８０°以上１００°以下）である割合」、「Ｒリッチ相δの数密度」を算出した。ただし、Ｒリッチ相の数密度が１．０（個／μｍ２）以下の場合は、上記各種数値について、  ［００５６］に示す通り、５回の観察の平均を取るものとした。
【００６７】
［実施例２、３、比較例１、２］
仕込み組成を表１に示す通りにする以外は、実施例１と同様にＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜を作製した。結果は表２に示す通りである。
【００６８】
［実施例４、比較例３］
２段階目のＲ、Ｔのスパッタリングの成膜温度を表１に示す通りにする以外は、実施例１と同様にＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜を作製した。結果は表２に示す通りである。
【００６９】
［実施例５、６］
１段階目のＴのスパッタリングの成膜温度について表１に示す通りにする以外は、実施例１と同様にＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜を作製した。結果は表２に示す通りである。
【００７０】
［実施例７、８］
１段階目のＴのスパッタリングの成膜温度について表１に示す通りにした。また、１段階目〜３段階目の成膜を４回繰り返した。そのため、１段階目〜３段階目の成膜における膜厚は、いずれも実施例１で説明した膜厚を４で除算した膜厚となる。表１には、３段階目の成膜における膜厚のみ示してあるが、それ以外は、実施例１と同様にＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜を作製した。結果は表２に示す通りである。
【００７１】
［実施例９］
仕込み組成のＲをＰｒとする以外は、実施例１と同様にＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜を作製した。結果は表２に示す通りである。
【００７２】
［比較例５］
１段階目と２段階目の成膜に関しては実施例１と同様に行った。３段階目のＲ、Ｔ、Ｂのスパッタリングの成膜温度を表１に示す通り、室温で成膜する以外は、実施例１と同様にＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜を作製した。その後、真空中雰囲気下の条件で、６５０℃にて１分間アニールを行った後、Ａｒ雰囲気下の条件で冷却を行った。結果は表２に示す通りである。
【００７３】
［比較例４、６］
１段階目と２段階目の成膜を行わずに、３段階目の成膜のみを実施例１と同様にＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜を作製した。比較例６に関しては、その後、真空中雰囲気下の条件で、６５０℃にて１分間アニールを行った後、Ａｒ雰囲気下の条件で冷却を行った。結果は表２に示す通りである。
【００７４】
【表１】
2017011086.tif 000003
【００７５】
【表２】
2017011086.tif 000004
【００７６】
［実施例１〜９］
薄膜の垂直方向の断面において、Ｒリッチ相δを有するＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜（実施例１〜９）の場合、Ｒ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜の面内方向における残留磁束密度は０．６０Ｔよりも高かった。薄膜基板垂線とＲリッチ相の斜辺とのなす角度を６０°より小さくすることで、Ｒリッチ相の斜辺に隣接するＲ−Ｔ−Ｂ系主相粒子の磁化容易軸方向と薄膜面内方向とのなす角度が小さくなったため、Ｒ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜の面内方向における残留磁束密度が０．６０Ｔよりも高くなったと考えられる。
【００７７】
［実施例１、２、３、比較例１、２］
薄膜の垂直方向の断面において、Ｒリッチ相δを有するＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜に対し、原子比率でのＲ／Ｔのみを０．１７〜０．４１まで変化させた。原子比率でのＲ／Ｔが０．１９〜０．３９の場合（実施例１、２、３）、Ｒ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜の面内方向における残留磁束密度は０．６０Ｔよりも高かった。これに対し、Ｒ／Ｔが０．１７であるＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜（比較例１）の場合、Ｒ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜の面内方向における残留磁束密度は０．４２Ｔと著しく低下した。また、Ｒ／Ｔが０．４１であるＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜（比較例２）の場合、Ｒ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜の面内方向における残留磁束密度は０．５５Ｔと低下した。原子比率でのＲ／Ｔが０．１８以上０．４０以下である場合（実施例１、２、３）は、Ｒ−Ｔ−Ｂ系主相粒子が十分に大きい体積比率で作製されため、高い残留磁束密度を得ることができたと考えられる。これに対し、原子比率でＲ／Ｔが０．１８未満の場合（比較例１）、Ｒ−Ｔ−Ｂ系永久磁石に含まれるＲ２Ｔ１４Ｂ相が十分に大きい体積比率で作製されなかったため、軟磁性を持つα−Ｆｅなどが析出して、残留磁束密度が著しく低下したと考えられる。また、Ｒ／Ｔが０．４０よりも大きい場合（比較例２）、Ｒ２Ｔ１４Ｂ相の体積比率が低下し、残留磁束密度が低下したと考えられる。
【００７８】
［実施例１、４、比較例３］
薄膜の垂直方向の断面において、Ｒリッチ相を有するＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜に対し、Ｒリッチ相の斜辺と薄膜基板垂線とのなす角度の平均のみを４５°〜６６°まで変化させた。Ｒリッチ相の斜辺と薄膜基板垂線とのなす角度の平均が４５°の場合（実施例１）、Ｒ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜の面内方向における残留磁束密度は０．８４Ｔであった。これに対し、Ｒリッチ相の斜辺と薄膜基板垂線とのなす角度の平均が５５°と大きい場合（実施例４）、Ｒ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜の面内方向における残留磁束密度は０．６８Ｔとやや低下した。Ｒリッチ相の斜辺と薄膜基板垂線とのなす角度の平均が６６°とさらに大きい場合（比較例３）、Ｒ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜の面内方向における残留磁束密度は０．４７Ｔとさらに低下した。Ｒリッチ相の斜辺と薄膜基板垂線とのなす角度の平均を大きくすることで、Ｒリッチ相の斜辺と直角な関係を持つＲ−Ｔ−Ｂ系主相粒子の磁化容易軸と薄膜面内方向とのなす角度の平均が大きくなり、Ｒ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜の面内方向における残留磁束密度が低下したと考えられる。
【００７９】
［実施例１、５、６、７、８］
薄膜の垂直方向の断面において、Ｒリッチ相δの斜辺λを有するＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜に対し、Ｒリッチ相δの数密度を０．１２（個／μｍ２）〜５．３（個／μｍ２）まで変化させた。Ｒリッチ相δの数密度が０．４３（個／μｍ２）の場合（実施例１）、Ｒ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜の面内方向における残留磁束密度は０．８４Ｔと大きかった。これに対し、Ｒリッチ相δの数密度が０．２０（個／μｍ２）と小さいＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜（実施例５）の場合、Ｒ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜の面内方向における残留磁束密度は０．６８Ｔとやや低下した。Ｒリッチ相δの数密度が０．１２（個／μｍ２）とさらに小さいＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜（実施例６）の場合、Ｒ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜の面内方向における残留磁束密度は０．６５Ｔとさらに低下した。Ｒリッチ相δの数密度が適正値より小さくなる場合、前記Ｒリッチ相δの斜辺λの影響を受けないＲ−Ｔ−Ｂ系主相粒子が優勢になるため、Ｒ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜の面内方向における残留磁束密度が低下したと考えられる。また、Ｒリッチ相δの数密度が２．４（個／μｍ２）と大きいＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜（実施例７）の場合、Ｒ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜の面内方向における残留磁束密度は０．６６Ｔとやや低下した。Ｒリッチ相δの数密度が５．３（個／μｍ２）とさらに大きいＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜（実施例８）の場合、Ｒ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜の面内方向における残留磁束密度は０．６４Ｔとさらに低下した。Ｒリッチ相δの数密度が適正値より大きくなる場合、斜辺とそれに隣接するＲ−Ｔ−Ｂ系主相粒子の磁化容易軸方向が垂直になりやすくなる効果があるため、Ｒ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜の面内方向における残留磁束密度が低下したと考えられる。
【００８０】
［実施例１、９］
薄膜の垂直方向の断面において、Ｒリッチ相δの斜辺λを有するＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜に対し、Ｒの元素のみ、Ｎｄ（実施例１）、Ｐｒ（実施例９）と変化させた。ＲがＰｒの場合にも、Ｎｄと同様の効果が得られる事が確認できた。
【００８１】
［実施例１、比較例４］
薄膜の垂直方向の断面において、Ｒリッチ相δを有するＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜の場合（実施例１）、Ｒ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜の面内方向における残留磁束密度は０．８４Ｔであった。これに対し、Ｒリッチ相を有さない面直異方性Ｒ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜の場合（比較例４）、Ｒ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜の面内方向における残留磁束密度は０．３９Ｔとなり、０．６０Ｔ以下であった。磁化容易軸が面直方向を向いた異方性Ｒ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜が得られたものの、下地にはＲリッチ相が存在せず、Ｒ−Ｔ−Ｂ系主相粒子の磁化容易軸方向と薄膜面内方向とのなす角度を小さくする効果がなかったため、Ｒ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜の面内方向における残留磁束密度が低下したと考えられる。
【００８２】
［実施例１、比較例５］
薄膜の垂直方向の断面において、Ｒリッチ相の斜辺に占める斜辺λの割合が１００％であるＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜の場合（実施例１）、Ｒ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜の面内方向における残留磁束密度は０．８４Ｔであった。これに対し、Ｒリッチ相の斜辺に占める斜辺λの割合が１５％であるＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜の場合（比較例５）、Ｒ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜の面内方向における残留磁束密度は０．４２Ｔであった。比較例５は、薄膜の垂直方向の断面に薄膜基板垂線に対して６０°より小さい角度をなす方向にＲリッチ相の斜辺はあるものの、Ｒリッチ相の斜辺と隣接するＲ−Ｔ−Ｂ系主相粒子の磁化容易軸方向とのなす角度が直角である割合が１５％であった。これは、隣接するＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜は等方性であるため、上記角度が直角である割合が５０％未満に留まったと考えられる。このため、Ｒ−Ｔ−Ｂ系主相粒子の磁化容易軸と薄膜面内方向とのなす角度を小さくする効果がなく、Ｒ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜の面内方向における残留磁束密度が低下したと考えられる。
【００８３】
［実施例１、比較例６］
薄膜の垂直方向の断面において、Ｒリッチ相δを有するＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜の場合（実施例１）、Ｒ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜の面内方向における残留磁束密度は０．８４Ｔであった。これに対し、Ｒリッチ相が存在しない、等方性Ｒ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜の場合（比較例６）、Ｒ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜の面内方向における残留磁束密度は０．４２Ｔとなり、０．６０Ｔ以下であった。Ｒリッチ相が存在しないため、Ｒ−Ｔ−Ｂ系主相粒子の磁化容易軸方向と薄膜面内方向のなす角度を小さくする効果がなかったため、Ｒ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜の面内方向における残留磁束密度が低下したと考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
以上のように、本発明に係るＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜は、Ｒ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜の面内方向における残留磁束密度を高くすることができる。特に、ＭＥＭＳデバイスの分野においては、厚さが０．５ｍｍより小さいＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜を作製し、そのＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石薄膜の面内方向における残留磁束密度を高くする必要があるため、利用可能性が高い。
【符号の説明】
【００８５】
１  熱酸化膜付きＳｉ基板
２  Ｒリッチ相δ
３  Ｒ−Ｔ−Ｂ系主相粒子
４  薄膜基板垂線
５  Ｒリッチ相δの斜辺
６  薄膜基板垂線４とＲリッチ相δの斜辺５とのなす角度
７  Ｒ−Ｔ−Ｂ系主相粒子３の磁化容易軸
８  Ｒリッチ相δの斜辺５と、その斜辺に隣接するＲ−Ｔ−Ｂ系主相粒子３の磁化容易軸７とのなす角度
９  薄膜面内方向
１０  Ｒ−Ｔ−Ｂ系主相粒子３の磁化容易軸７と薄膜面内方向９とのなす角度
１１、１２  Ｒリッチ相の斜辺であることを示す、実線補助線
１３、１４  一度も合成していない線分のため、多角形を構成する辺から除かれた線分であることを示す、破線補助線
１５  多角形を構成する辺ではあるものの、そのうち基板に最も近い辺であるため、Ｒリッチ相の斜辺ではない辺であることを示す、破線補助線
【図１】
2017011086.tif 000005
【図２】
2017011086.tif 000006
【図３】
2017011086.tif 000007
【図４】
2017011086.tif 000008
【図５】
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【図６】
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