(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＦｅもしくはＦｅとＡｌからなる元素Ｔと、Ｃｏとからなる面心立方構造または体心立方構造もしくは両者が混合した平均結晶粒径７ｎｍ以下の結晶相と、それら結晶相を取り囲むＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗから選ばれる一種または二種以上の元素Ｍ、Ｏ、および元素Ｍの酸化物の少なくとも一種以上と、Ｆｅと元素Ｔを含む強磁性の非晶質相とからなり、
下記の組成からなることを特徴とする高周波用軟磁性合金。
（Ｃｏ1-cＴc）xＭyＱzＸw 
ただし、ＴはＦｅ、Ａｌから選ばれた一種または二種の元素であり、ＭはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗから選ばれた一種または二種以上の元素であり、ＱはＯを含み、Ｎ、Ｃ、Ｂから選ばれた一種または二種以上の元素であり、ＸはＣｒであり、組成比を示すｃは、０．０５≦ｃ≦０．５、ｙ、ｚ、ｗ、ｓはａｔ％で、３≦ｙ≦３０、７≦ｚ≦４０、０≦ｗ≦２０の関係を満足し、残部はｘと不可避不純物である。
【請求項２】
前記組成比ｙとｚがａｔ％で５≦ｙ≦２０、１０≦ｚ≦３０であることを特徴とする請求項１記載の高周波用軟磁性合金。
【請求項３】
前記元素ＴがＦｅであることを特徴とする請求項１記載の高周波用軟磁性合金。
【請求項４】
前記高周波用軟磁性合金の結晶面内に一軸磁気異方性を有し、その異方性磁界が１０ Ｏｅ以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の高周波用軟磁性合金。
【請求項５】
比抵抗が２００μΩ・ｃｍ以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の高周波用軟磁性合金。
【請求項６】
比抵抗が４００μΩ・ｃｍ以上であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の高周波用軟磁性合金。
【請求項７】
前記高周波用軟磁性合金の共鳴周波数が２ＧＨｚ以上であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の高周波用軟磁性合金。
【請求項８】
前記高周波用軟磁性合金は、成膜直後において非晶質相が全組織の３０％以上の面積を占めていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の高周波用軟磁性合金。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載の高周波用軟磁性合金から磁心が構成されてなることを特徴とする平面型磁気素子。
【請求項１０】
請求項１〜８のいずれかに記載の高周波用軟磁性合金を要素として含むことを特徴とするアンテナ。
【請求項１１】
請求項１〜８のいずれかに記載の高周波用軟磁性合金を要素として含むことを特徴とする電波吸収体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波数帯域で高い透磁率を示し、低損失の高周波用軟磁性合金とそれを用いた平面型磁気素子（トランス、インダクタ）、アンテナおよび電波吸収体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁気素子の小型化、高性能化に伴い、高い飽和磁束密度を有する上に、数百ＭＨｚ以上の周波数帯域における透磁率が高く、高い比抵抗を有する軟磁性合金が求められている。
従来、高い飽和磁束密度をもつ磁性材料としてＦｅあるいはＦｅを主成分とする合金が多く知られているが、スパッタ法などの成膜技術によりこれらのＦｅ系合金の磁性膜を作成すると、飽和磁束密度は高いものの保磁力が大きく、また比抵抗が小さくなってしまい良好な軟磁気特性を得ることは困難であった。
また、高周波数における透磁率低下の原因の一つに渦電流の発生による損失がある。この高周波透磁率の低下の一因である渦電流損失を防ぐために、薄膜化および薄膜の高抵抗化を図ることが望まれている。
しかしながら、磁気特性を保ったまま比抵抗を高めることは非常に難しく、センダストやアモルファス合金などの合金系の軟磁性薄膜の比抵抗は、数十〜百数十μΩ・cm程度と小さく、少なくとも０．５Ｔ（テスラ）以上の飽和磁束密度を確保しながら比抵抗を高めた軟磁性合金が求められている。
また、合金を薄膜として得る場合には、磁歪の発生などの影響により良好な軟磁気特性を得ることはさらに困難である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような背景から本発明者らは、Ｆｅ−Ｍ−Ｏ系（ただし、元素Ｍは４ａ、５ａ族元素、あるいは希土類元素のうちの少なくとも一種またはそれらの混合物を示し、５０≦Ｆｅ≦７０、５≦Ｍ≦３０、１０≦Ｏ≦３０（４０）の組成を有する）の軟磁性材料を開発し、特開平６―３１６７４８号明細書において特許出願している。この系の軟磁性材料によれば、比抵抗が高い（２１５．３〜１３３７０９μΩ・ｃｍ）ので高周波領域における渦電流損失が少なく、高周波領域において高い透磁率を得ることができ、飽和磁束密度が０．５Ｔ以上の高い値（０．７〜１．５Ｔ前後）を得ることができ、保磁力も低い（０．８〜４．０ Ｏｅ）ものであった。
ところが、一般的に透磁率を表すには、透磁率の実数部（μ'）と透磁率の虚数部（μ''）の２つの値があり、トランス、インダクタやアンテナの用途には実数部の値が高く、虚数部の値は低いことが望まれるが、Ｆｅ−Ｍ−Ｏ系の軟磁性合金薄膜にあっては数百ＭＨｚ以上の高周波帯域では透磁率の実数部（μ'）の値を高い値にすることができるものの、透磁率の虚数部が透磁率の実数部の値を超えるように大きくなり、（透磁率の実数部）／（透磁率の虚数部）の値、即ち、（μ'）／（μ''）で表されるＱ（性能係数）の値が１を下回るようになり、損失が大きくなる問題がある。
【０００４】
この種のバルク材料としてＢａ3Ｃｏ2Ｆｅ54Ｏ41（一般にはＣｏ2Ｚなどと表記する）などの組成式で表されるマグネトプランバイトが高周波領域で高いＱ値を示すことが知られているが、このものにあっても図１４に示すように１ＧＨｚの高周波領域ではＱの値が１となり、それ以上の高周波帯域では損失が増大する問題がある。
これに対して、通信関係の分野（パーソナルハンディホンシステム：ＰＨＳ）などにおいては、ＧＨｚ帯域がより一層利用される傾向にある。また、現在のところ部品としては空芯のインダクタが利用されているが、占有面積が大きく、磁性薄膜をコアに用いることによって小型化するニーズがあり、また将来的にはさらに高いＱ値を持つ材料に対する要求が高まっていくと考えられる。また、アンテナ材料においても同様の状況にある。
電波吸収体としては、吸収したい電波の周波数帯域で透磁率の虚数部（μ''）が高いことが望まれるが、図１４に示す従来材料では１ＧＨｚから上の帯域で透磁率の虚数部の値が急激に低下する傾向にあり、このような従来材料ではＧＨｚ帯域の電波吸収体に適していない問題がある。
【０００５】
本発明は前記課題を解決するためになされたもので、高周波用などの磁性材料として高い比抵抗を有し、高周波数帯域で透磁率が高い軟磁性合金を提供すること、およびそれを用いた平面型磁気素子、電波吸収体、アンテナを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の高周波用軟磁性合金は、ＦｅもしくはＦｅとＡｌからなる元素Ｔと、Ｃｏとからなる面心立方構造または体心立方構造もしくは両者が混合した平均結晶粒径７ｎｍ以下の結晶相と、それら結晶相を取り囲むＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗから選ばれる一種または二種以上の元素Ｍ、Ｏ、および元素Ｍの酸化物の少なくとも一種以上と、Ｆｅと元素Ｔを含む強磁性の非晶質相とからなり、下記の組成からなることを特徴とする。
（Ｃｏ1-cＴc）xＭyＱzＸw
ただし、ＴはＦｅ、Ａｌから選ばれた一種または二種以上の元素であり、ＭはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗから選ばれた一種または二種以上の元素であり、ＱはＯを含み、Ｎ、Ｃ、Ｂから選ばれた一種または二種以上の元素であり、ＸはＣｒであり、組成比を示すｃは、０．０５≦ｃ≦０．５、ｙ、ｚ、ｗ、ｓはａｔ％で、３≦ｙ≦３０、７≦ｚ≦４０、０≦ｗ≦２０の関係を満足し、残部はｘと不可避不純物である。
【０００７】
本発明は、前記組成において、前記組成比ｙとｚをａｔ％で５≦ｙ≦２０、１０≦ｚ≦３０とするとさらに好ましい。
本発明は、前記元素ＴをＦｅとするとより好ましい。
本発明においては、前記高周波用軟磁性合金の結晶面内に一軸磁気異方性を有し、その異方性磁界を１０ Ｏｅ以上としたものである。
本発明においては、比抵抗を２００μΩ・ｃｍ、あるいは比抵抗を４００μΩ・ｃｍとした。
本発明においては、前記高周波用軟磁性合金の共鳴周波数を２ＧＨｚ以上としたものである。
本発明においては、前記高周波用軟磁性合金は、成膜直後において非晶質相が全組織の３０％以上の面積を占めているものである。
また、上記高周波用軟磁性合金は、該合金の磁心を備えた平面型磁気素子、アンテナ、電波吸収体として好ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明についてさらに詳細に説明する。
本発明の高周波用軟磁性合金において、Ｃｏと元素Ｔは主成分であり、ＣｏとＦｅとＮｉは磁性を担う元素である。特に高飽和磁束密度を得るためには、ＣｏとＦｅの含有量は多いほど好ましいが、ＣｏとＦｅの含有量を少なくし過ぎると飽和磁束密度が小さくなってしまう。また、Ｃｏには一軸磁気異方性を大きくする作用がある。
Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗから選ばれる一種または二種以上の元素と、希土類元素（すなわち、周期表の３ａ族に属するＳｃ、Ｙ、あるいは、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕなどのランタノイド）から選ばれる一種または二種以上の元素である元素Ｍは、軟磁気特性と高抵抗を両立するために必要なものである。これらは酸素と結合し易く、結合することで酸化物を形成する。この酸化物の含有量を調整することによって比抵抗を高めることができる。
一方、本願発明の組成範囲とするならば、高い比抵抗を得ることができ、比抵抗を高めることで渦電流損失を低減することができ、高周波透磁率の低下を抑制でき、高周波特性を改善できる。
【０００９】
次に、元素Ｔ（Ｆｅ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｍｎ、Ａｌから選ばれた一種または二種以上の元素）は、Ｃｏの面心立方構造（ｆｃｃ構造）を安定化する。また、元素Ｚ（Ａｕ、Ａｇと白金族の元素（Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ）のうちの一種または二種以上の元素）は本願発明合金の耐食性を向上させるが、その含有量が２０ａｔ％（原子％）を超えると軟磁気特性（透磁率）が劣化する。
良好な軟磁気特性を確保しつつ高い飽和磁束密度を維持するためには、ａｔ％で３≦Ｍ≦３０、７≦Ｑ≦４０、０≦Ｘ≦２０、０≦Ｚ≦２０の範囲とすることが好ましい。また、さらに、良好な軟磁気特性と高い飽和磁束密度を確実に得るためには、ａｔ％で５≦Ｍ≦２０、１０≦Ｑ≦３０の範囲とすることがより好ましい。
【００１０】
上記合金からなる磁性膜を作成するには、スパッタ、蒸着など既存の薄膜形成技術を適宜使用すればよい。スパッタ装置としてはＲＦ二極スパッタ、ＤＣスパッタ、マグネトロンスパッタ、三極スパッタ、イオンビームスパッタ、対向ターゲット式スパッタなどの既存のものを使用することができる。
軟磁性合金膜中にＯ（酸素）を添加する方法としては、Ａｒなどの不活性ガス中にＯ2ガスを混合した（Ａｒ＋Ｏ2）混合ガス雰囲気中でスパッタを行なう反応性スパッタ、あるいは、元素Ｍの酸化物（ＨｆＯ2など）のチップを用いた複合ターゲットをＡｒ雰囲気中、あるいはＡｒ＋Ｏ2混合ガス雰囲気中でスパッタする方法が有効である。
また、Ｃｏのターゲット上に希土類元素などの元素Ｍあるいは元素Ｔなどの各種ペレットを配置した複合ターゲットを用いて、Ａｒ＋Ｏ2混合ガス雰囲気中で製作することもできる。
【００１１】
さらに、軟磁性合金膜の組織において、微細結晶相はｆｃｃ構造であっても、体心立方構造（ｂｃｃ構造）であっても良く、また、ｆｃｃ構造の微細結晶相とｂｃｃ構造の微細結晶相の両方を含み、その他の部分はＣｏと元素Ｔを含む非晶質相を主体とする混合組織であっても良い。そのような組織を有し、前記組成を有する場合、この合金膜は結晶の面内に一軸磁気異方性を有し、その異方性磁界が１０ Ｏｅ以上であり、比抵抗を２００μΩ・ｃｍ以上、より高いものでは４００μΩ・ｃｍ以上とすることができる。また、このときの平均結晶粒径は、３０ｎｍ以下であり、より良好な磁気特性を得るためには、７ｎｍ以下であることがより好ましい。
【００１２】
【実施例】
（１）成膜
高周波二極スパッタ装置を用いて、Ｃｏターゲットに本発明の元素Ｍまたは元素Ｔなどの各元素の各種ペレットを配置した複合ターゲットを用い、Ａｒ＋０．１〜１．０％Ｏ2の混合ガス雰囲気中でスパッタを行ない、膜厚が約２μｍになるようにスパッタ時間を調整した。主なスパッタ条件を以下に示す。
予備排気：１×１０-6Ｔｏｒｒ以下
高周波入力：２００Ｗ
Ａｒガス圧：６〜８×１０-3Ｔｏｒｒ
基板：ガラス基板（間接水冷）
（２）熱処理
成膜後、膜の軟磁気特性を改善するため、真空加熱炉中で、無磁場あるいは磁場中で３００〜６００℃の温度範囲で６０〜３６０分間保持し徐冷するアニール処理を行なった。
（３）測定
得られた合金磁性膜の組成を、ＥＰＭＡ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｐｒｏｂｅ  Ｍｉｃｒｏ  Ａｎａｌｙｓｉｓ）、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ  ＣｏｕｐｌｅｄＰｌａｓｍａ）、不活性ガス融解赤外線吸収法などにより求めた。
【００１３】
（試験１）
まず、上記合金磁性膜の５００ＭＨｚにおける複素透磁率の実数部の値（μ'）と５００ＭＨｚにおける複素透磁率の虚数部の値（μ''）を測定した。また、比抵抗（ρ）を４端子法により測定した。
図１に示す三角組成図に、前記の方法で製造したＣｏ−Ｆｅ−Ｈｆ−Ｏ系の薄膜試料（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ）における（Ｃｏ＋Ｆｅ）含有量とＨｆ含有量とＯ含有量に対する透磁率（μ'、μ''）と比抵抗（ρ）の測定結果を示す。  図１に示す結果から、ＨｆとＯの濃度が高くなるに従って比抵抗が高くなり、これに伴ってＱ（＝μ'／μ''）の値が高くなり、高周波での損失は小さくなる。従って図１に示したＡ、Ｂ、Ｃの試料は、アンテナや平面型磁気素子（トランス、インダクタ）として好適である。また、Ｅ、Ｆ、Ｇの試料は５００ＭＨｚ付近の使用ではμ''の値が高いので高周波帯域での損失が高いことになり、電波吸収体として好適である。ただし、前記の組成による応用区分は絶対的なものではなく、使用する周波数帯域や膜厚が変化すれば、それに伴って変わってくるのは勿論である。
【００１４】
次に、Ｃｏ46.5Ｆｅ17.5Ｈｆ14.4Ｏ21.6なる組成の合金膜の、高分解能透過型電子顕微鏡写真の模式図を図２に示す。また、これに加えてこの試料について電子線回折、Ｘ線回折を行った結果、この膜は３〜５ｎｍ程度の粒径の体心立方構造の超微細な結晶粒と、それを取り囲むように粒界に存在する非晶質相（図２に斜線で示す領域）からなっていることが判明した。
図３に、種々のＣｏ、Ｆｅの組成比率におけるＣｏ−Ｆｅ−Ｈｆ−Ｏ膜の、成膜直後（ａｓ−ｄｅｐｏ．）の状態でのＸ線回折像を示す。また、図中には１００ＭＨｚにおけるμ'の値も併せて示した。図中、Ｆｅ55Ｈｆ11Ｏ34、Ｃｏ65Ｈｆ12Ｏ23は比較例である。Ｆｅ55Ｈｆ11Ｏ34には、ｂｃｃ（１１０）の小さいピークと、２θ＝４７°付近にアモルファスを示すハローが観察され、ｂｃｃ相とアモルファス相からなることがわかる。これにＣｏを加えていくと、ｂｃｃ（１１０）の回折線は徐々にブロードになり、ｈｃｐ相を示すブロードな回折線が現れる。Ｆｅを全てＣｏで置換したＣｏ65Ｈｆ12Ｏ23では、ｈｃｐ相からの微小な回折線とハローが現れており、この試料は微細なｈｃｐ相とアモルファス相からなると推察され、μ'の値は小さく、十分な軟磁気特性は得られない。これらの結果から、本発明の高周波用軟磁性合金は、成膜直後に微細な結晶組織を有しており、さらにアモルファス相は全組織の３０％以上、より好ましくは３０〜８０％（面積％）を占めていることがわかる。
【００１５】
また、Ｃｏ46.5Ｆｅ17.5Ｈｆ14.4Ｏ21.6なる組成の試料について、透磁率の周波数依存性を測定した結果を図４に示す。この試料は、１ＧＨｚにおいてもＱ≒２であり、従来材料よりもＧＨｚ帯域において低損失であり、従って平面型磁気素子（トランス、インダクタ）、アンテナの磁心として好適であることが判明した。また、この例の試料は、Ｆｅ−Ｍ−Ｏ系の材料よりもＧＨｚ帯域においてμ''が高いので、ＧＨｚ帯域における電波吸収体の部材としても好適である。
さらに、図５にＣｏ44.3Ｆｅ19.1Ｈｆ14.5Ｏ22.1なる組成の試料のμ'、μ''の周波数依存性を示す。この試料は、静磁界中で成膜した直後の状態であり、透磁率は磁化困難軸（ｈａｒｄ  ａｘｉｓ）方向の測定結果である。図５から明らかなように、μ'は１ＧＨｚまでほぼ一定であり、μ''も低く抑えられており、性能係数Ｑは１００ＭＨｚで６１であり、１ＧＨｚにおいても２．９である。この試料の飽和磁化は１．１Ｔで、比抵抗（ρ）は１４００μΩ・ｃｍと非常に高い値であった。また、自然共鳴周波数も１ＧＨｚよりも大きな値であり、２ＧＨｚ以上の値を示しているものと思われる。
なお、比較例として図５に示したＦｅ61Ｈｆ13Ｏ26なる組成の試料は、静磁界中で４００℃×３時間の熱処理を施したものであり、μ'は高いもののμ''も高く、１００ＭＨｚにおいてＱ＝２６と低い値にとどまっている。
【００１６】
図６（Ａ）は、成膜直後の状態におけるＦｅ55Ｈｆ11Ｏ34なる組成の膜の高分解ＴＥＭ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）像、図６（Ｂ）は、Ｆｅ55Ｈｆ11Ｏ34なる組成の膜のＥＤＸ（ＥｎｅｒｇｙＤｉｓｐｅｒｓｉｖｅ  Ｘ−ｒａｙ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）による微小領域の組成分析結果を示したものであり、図７（Ａ）は、成膜直後の状態におけるＣｏ44.3Ｆｅ19.1Ｈｆ14.5Ｏ22.1なる組成の膜の高分解ＴＥＭ像、図７（Ｂ）は、Ｃｏ44.3Ｆｅ19.1Ｈｆ14.5Ｏ22.1なる組成の膜のＥＤＸによる微小領域の組成分析結果を示したものである。図６（Ａ）のＴＥＭ像より、Ｆｅ55Ｈｆ11Ｏ34なる組成の膜は、粒径１０ｎｍ以下の微細なｂｃｃ結晶粒（図中番号１）と、粒間のアモルファス相（図中番号２）からなることがわかる。図６（Ｂ）の組成分析の結果から、ｂｃｃ相中にもＨｆ、Ｏ元素が含まれていることが推察されるが、アモルファス相中のＨｆ、Ｏ濃度が結晶相中のＨｆ、Ｏ濃度に比べて高くなっていることがわかる。また、Ｃｏ44.3Ｆｅ19.1Ｈｆ14.5Ｏ22.1なる組成の膜も同様に、微細なｂｃｃ相とアモルファス相の混相組織を有しているが、ｂｃｃ結晶粒径は５ｎｍ以下であり、Ｆｅ55Ｈｆ11Ｏ34なる組成の膜の粒径に比べて非常に微細になっていることがわかる。ＥＤＸによる微小領域の組成分析結果からは、結晶相内もアモルファス相内もおよそＣｏ：Ｆｅ＝７：３であるが、ＨｆとＯのピークはアモルファス相内の方が結晶相内より大きく、Ｃｏ44.3Ｆｅ19.1Ｈｆ14.5Ｏ22.1なる組成の膜においても、ＨｆおよびＯはアモルファス相中に高濃度に含まれていると考えられる。
【００１７】
図８は、Ｃｏ44.3Ｆｅ19.1Ｈｆ14.5Ｏ22.1なる組成の試料の磁化曲線を、Ｆｅ61Ｈｆ13Ｏ26なる組成の試料と比較したものである。図中、Ａの曲線は、磁化容易軸（ｅａｓｙ  ａｘｉｓ）方向の磁化曲線を示し、Ｂの曲線は磁化困難軸方向の磁化曲線を示す。図より明らかなように、Ｃｏ44.3Ｆｅ19.1Ｈｆ14.5Ｏ22.1なる組成の試料の異方性磁界Ｈkは４．８ｋＡ／ｍで、Ｆｅ61Ｈｆ13Ｏ26なる組成の試料の約４倍の大きさであり、異方性エネルギーＫuも大きくなっている。また、Ｂ−Ｈトレーサーにて測定した異方性の角度分散α90の値もＣｏ44.3Ｆｅ19.1Ｈｆ14.5Ｏ22.1なる組成の試料の方が小さくなっており、Ｆｅの大部分をＣｏで置換することにより強い一軸磁気異方性が付与されていることがわかる。その結果、図４、図５で示したように周波数特性が改善されたものと考えられる。
【００１８】
次に、本発明に係る組成系で前記とは異なる組成の各種合金膜を前記と同等の方法で製造し、各合金膜試料について５００ＭＨｚにおける複素透磁率の実数部の値（μ'）と虚数部の値（μ''）を測定するとともに、電子線回折、Ｘ線回折を行った結果特定できた結晶構造と平均結晶粒径を表１に記載する。
【００１９】
【表１】
0004208979.tif 000002
【００２０】
以上のような特性から、本発明に係る軟磁性合金は、Ｆｅ−Ｍ−Ｏ系の微細結晶とアモルファス相との混合型の、本発明者らが先に特許出願している軟磁性合金と同様に比抵抗が高いために、渦電流損失が少ない特徴があり、さらに、Ｆｅ−Ｍ−Ｏ系の軟磁性合金よりも一軸磁気異方性が数倍大きく、自然共鳴周波数がより高周波数帯域側に移動しているので、ＧＨｚ帯域での自然共鳴損失を低減できていることが明らかである。
なお、表１の最後列の試料、（Ｃｏ０.７Ｆｅ０.３）６１Ｈｆ１６Ｏ２０Ａｌ３と記載されている試料は、（Ｃｏ０.６６７Ｆｅ０.２８６Ａｌ０.０４７）６４Ｈｆ１６Ｏ２０と表記できる組成の試料である。
【００２１】
図９は、Ｆｅ−Ｈｆ−Ｏ系の膜およびＣｏ−Ｆｅ−Ｈｆ−Ｏ系の膜の複素初透磁率の実数部μ'と性能係数Ｑ（＝μ'／μ''）の周波数特性を、これまでに知られている主な合金系軟磁性薄膜と比較したものである。従来の軟磁性薄膜は、１ＭＨｚ付近でのμ'は高いが比抵抗（ρ）が小さいため、渦電流による損失によりμ'は周波数の増加とともに低下する。これに対して、高抵抗率のＦｅ−Ｈｆ−Ｏ系の膜は、１〜１０ＭＨｚの比較的低周波領域におけるμ'は低いものの、１００ＭＨｚ以上までほとんど一定であり、約４０ＭＨｚ以上では、従来の軟磁性薄膜より高くなることがわかる。また、高い比抵抗に加えて強い一軸磁気異方性を有するＣｏ44.3Ｆｅ19.1Ｈｆ14.5Ｏ22.1なる組成の膜においては、μ'の値としては１７０程度に低下するが、１ＧＨｚまでほぼフラットな周波数特性を示している。ここで、Ｆｅ62Ｈｆ11Ｏ27膜は、静磁界を印加しながら成膜した直後の状態、Ｆｅ61Ｈｆ13Ｏ26膜は、無磁界中成膜後に静磁界中熱処理したものであり、いずれも磁化困難軸方向の測定結果である。
一方Ｑ値においても、Ｆｅ−Ｈｆ−Ｏ系の膜およびＣｏ−Ｆｅ−Ｈｆ−Ｏ系の膜は、数十ＭＨｚ以上の高周波数領域において高い値を示す。特に、Ｃｏ44.3Ｆｅ19.1Ｈｆ14.5Ｏ22.1なる組成の膜では、１００ＭＨｚにおいて６１、１ＧＨｚにおいても２．９である。このように、Ｆｅ−Ｈｆ−Ｏ系の膜およびＣｏ−Ｆｅ−Ｈｆ−Ｏ系の膜は、ＭＨｚ〜ＧＨｚの広い周波数帯域において優れた軟磁気特性を有する。
【００２２】
図１０（ａ）、（ｂ）に、前記組成の軟磁性合金の磁性膜を用いて作成された平面型磁気素子（インダクタ）の第一の構造例を示す。
この例のインダクタＢにおいては、基板１の両面にスパイラル状の平面コイル２、２が形成され、各コイル２、２と基板面を覆って絶縁膜３が設けられ、各絶縁膜３の上に磁性膜４が被覆され、基板１の中央部分に形成したスルーホール５を介してコイル２、２の中心部分が電気的に接続されている。また、基板１の両面のコイル２、２からそれぞれ端子６が基板１の外方に出されている。
この構成のインダクタＢにおいては、平面コイル２、２をそれぞれ絶縁膜３を介して磁性膜４、４で挟むことにより、端子６、６間にインダクタが構成されるようになっている。
【００２３】
前記基板１は、セラミック材料からなる基板、Ｓｉウェハの基板あるいは樹脂基板などからなる。セラミック材料で基板１を構成する場合は、アルミナ、ジルコニア、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム、ステアタイト、ムライト、コージライト、フォルステライト、スピネルなどの各種のものを適宜選択して用いることができるが、熱膨張率をＳｉの熱膨張率に近づけるために、熱電導率が大きく、曲げ強度も大きい窒化アルミニウムなどを用いることが好ましい。
【００２４】
平面コイル２は、銅、銀、金、アルミニウムあるいはこれらの合金などの良導電性金属材料からなり、インダクタンス、直流重畳特性、サイズなどに応じて、電気的に直列に、縦にあるいは横に絶縁膜を介して適宜配置することができる。また、平面コイル２を並列的に複数設けることでトランスを構成できる。さらに、平面コイル２は、導電層を基板上に形成後、フォトエッチングすることにより各種の形状に作成できる。導電層の製膜方法としては、プレス圧着、メッキ、金属溶射、真空蒸着、スパッタリング、イオンプレーティング、スクリーン印刷焼成法などの適宜の方法を用いれば良い。
絶縁膜３は、平面コイル２への通電時において、磁性膜４と導通してショートすることを防止するために設けられている。絶縁膜３は、ポリイミドなどの高分子フィルム、ＳｉＯ2、ガラス、硬質炭素膜などの無機質膜からなるものを用いることが好ましい。この絶縁膜３は、ペースト印刷後に焼成する方法、溶融メッキ法、溶射、気相メッキ、真空蒸着、スパッタリング、イオンプレーティングなどの方法により形成される。
磁性膜４は、先に説明した組成の軟磁性合金の膜から構成されている。
【００２５】
前記の如く構成されたインダクタＢは、小型かつ薄型で軽量であり、優れた磁気特性を有する磁性膜４を有しているので、平面型磁気素子の小型軽量化に寄与するとともに、優れたインダクタンスを示す。
【００２６】
図１１は、前記組成の軟磁性合金の磁性膜を用いて構成されたインダクタの第二の構造例を示す。
この例のインダクタＣにおいては、基板１０の上に酸化膜１１と磁性膜１２と絶縁膜１３とが順次積層され、絶縁膜１３上に平面コイル１４が形成され、平面コイル１４と絶縁膜１３を覆って絶縁膜１５が形成され、絶縁膜１５上に磁性膜１６が形成されている。
【００２７】
前記基板１０は先の例の基板１と同等の材料からなり、磁性膜１２は先の例の磁性膜４と同等の材料からなり、絶縁膜１３は先の例の絶縁膜３と同等の材料からなる。
前記酸化膜１１は、基板１０に例えばＳｉウェハの基板を用いた場合に、Ｓｉウェハを加熱して熱酸化することにより形成できる。ただし、この酸化膜１１は必須のものではなく、省略しても差し支えない。
この例の構成のインダクタＣにおいても先に説明した例のインダクタＢと同様に、優れたインダクタンスを示し、小型かつ軽量であり、平面型磁気素子の小型軽量化に寄与する。また、上述した例においては、平面型磁気素子（インダクタ）の例を示したが、例えば、一次側と二次側のコイルを設けてトランスとして用いることも可能である。
【００２８】
図１２は本発明に係る軟磁性合金の磁性膜２０を基板シート２１の一面に形成してなる電波吸収体２２の一例を示すものであり、この例において磁性膜２０は先に説明した系の合金からなるシート状に形成されている。
また、図１３は図１２の電波吸収体を複層構造としたもので、磁性膜２０を備えた基板シート２１が３層積層されて電波吸収体２５が構成されている。この構成において積層する磁性膜２０、２０、２０はそれぞれ先に説明した組成の軟磁性合金から形成されるが、各磁性膜２０、２０、２０の一軸磁気異方性の方向を交互に９０゜交差させて積層することが電磁波吸収性の面から見て好適である。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の軟磁性合金は、前述した特定の組成と特定の組成比からなる（Ｃｏ1-cＴc）xＭyＱzＸwなる組成の合金であり、高い飽和磁束密度を有し、高い比抵抗を実現し、優れた透磁率を示す軟磁性合金であるので、ＧＨｚ帯域でのＱの値が大きくならず、損失の少ない磁心を提供できるので、薄膜トランス、磁気ヘッド用のコア、薄膜インダクタ、スイッチング素子などの磁気素子の小型軽量化、高性能化に大きく寄与するものである。また、合金の結晶粒径が７ｎｍ以下であるので、良好な磁気特性を得ることができる。
【００３０】
また、本発明は、（Ｃｏ1-cＴc）xＭyＱzＸwなる組成式で示されたものであるので、飽和磁束密度を高く維持しつつ高比抵抗を実現でき、ＧＨｚにおよぶ高周波帯域においても透磁率の実数部を高く、虚数部を適度な大きさに制御できるので、高周波帯域でのＱの値を小さくすることがなく、損失の少ない磁心を提供できる。さらに、本発明に係る範囲の組成であれば、合金の面内に一軸磁気異方性を有しその異方性磁界を１０ Ｏｅ以上とすることができるとともに、比抵抗を２００μΩ・ｃｍ以上あるいは４００μΩ・ｃｍ以上にすることができる。
【００３１】
次に前記組成の軟磁性合金からなる磁心を備えた平面型磁気素子（トランス、インダクタ）、電波吸収体、アンテナであれば、ＧＨｚ帯域での使用も可能であり、インダクタとアンテナにおいてはＧＨｚ帯域での損失の少ない特性の優れたものを、電波吸収体においてはＧＨｚ帯域において吸収特性の良好なものを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係るＦｅ−Ｈｆ−Ｏ系の合金膜において、各組成比の飽和磁束密度および／または比抵抗を示す三角組成図である。
【図２】  Ｃｏ46.5Ｆｅ17.5Ｈｆ14.4Ｏ21.6で示される軟磁性合金膜の高分解能透過型電子顕微鏡写真の模式図である。
【図３】  本発明の実施例および比較例の合金膜におけるＸ線回折の結果を示すグラフである。
【図４】  本発明の実施例の合金膜において透磁率の周波数依存性を示すグラフである。
【図５】  本発明の実施例および比較例の合金膜における透磁率の周波数依存性を示すグラフである。
【図６】  図６（Ａ）は、Ｆｅ55Ｈｆ11Ｏ34なる組成の膜の、成膜直後の状態における高分解ＴＥＭ像、図６（Ｂ）は、Ｆｅ55Ｈｆ11Ｏ34なる組成の膜の、ＥＤＸによる微小領域の組成分析結果を示すチャートである。
【図７】  図７（Ａ）は、Ｃｏ44.3Ｆｅ19.1Ｈｆ14.5Ｏ22.1なる組成の膜の、成膜直後の状態における高分解ＴＥＭ像、図７（Ｂ）は、Ｃｏ44.3Ｆｅ19.1Ｈｆ14.5Ｏ22.1なる組成の膜の、ＥＤＸによる微小領域の組成分析結果を示すチャートである。
【図８】  本発明の実施例および比較例の合金膜の磁化曲線を示すグラフである。
【図９】  Ｆｅ−Ｈｆ−Ｏ系の膜およびＣｏ−Ｆｅ−Ｈｆ−Ｏ系の膜の複素初透磁率の実数部μ'と性能係数Ｑ（＝μ'／μ''）の周波数特性を、これまでに報告されている主な合金系軟磁性薄膜と比較した結果を示すグラフである。
【図１０】  図１０（ａ）は本発明に係る平面型磁気素子の第一の例を示す平面図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図１１】  本発明に係る平面型磁気素子の第二の例を示す断面図である。
【図１２】  本発明に係る電磁場吸収シートの第一の例を示す斜視図である。
【図１３】  本発明に係る電磁場吸収シートの第二の例を示す斜視図である。
【図１４】  従来材料における透磁率の周波数依存性を示すグラフである。
【符号の説明】
Ｂ、Ｃ          平面型磁気素子（インダクタ）、
２２、２５      電波吸収体。
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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