JP2009070857A - Island-like magnetic thin film and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
【課題】希土類元素を含む磁性材料からなる磁性薄膜であって、前記磁性材料からなる孤立した島粒子が不連続膜状に配列された島状構造が形成されており、前記島粒子の粒径が十分に小さく、膜の厚みが十分に薄く、しかも十分に高い保磁力を有することが可能な島状磁性薄膜を提供すること。
【解決手段】磁性材料からなる孤立した島粒子が不連続膜状に配置された島状磁性薄膜であって、前記磁性材料が希土類元素を含有するものであり、前記島粒子の面内直径の平均値が40〜140nmの範囲にあり、且つ、前記薄膜の厚みが2〜25nmの範囲にあることを特徴とする島状磁性薄膜。
【選択図】なしKind Code: A1 A magnetic thin film made of a magnetic material containing a rare earth element has an island-like structure in which isolated island particles made of the magnetic material are arranged in a discontinuous film shape. Is an island-shaped magnetic thin film that is sufficiently small, has a sufficiently thin film thickness, and has a sufficiently high coercive force.
An island-like magnetic thin film in which isolated island particles made of a magnetic material are arranged in a discontinuous film shape, wherein the magnetic material contains a rare earth element, and has an in-plane diameter of the island particles. An island-shaped magnetic thin film characterized in that an average value is in a range of 40 to 140 nm and a thickness of the thin film is in a range of 2 to 25 nm.
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Description
本発明は、島状磁性薄膜及びその製造方法に関する。 The present invention relates to an island-shaped magnetic thin film and a manufacturing method thereof.
従来から、大量の情報を処理および記憶すること等が可能な超高密度磁気媒体の開発が行われており、このような磁気媒体に利用することが可能な様々な磁性薄膜の研究が進められてきた。例えば、このような磁性薄膜としては、FePt薄膜が知られており、その製造方法としては、特開2003−289005号公報(特許文献1)において、磁気的に孤立した微粒子構造を備え且つ一方向に配向している高配向磁性薄膜の製造方法であって、Fe及びCoのうちの少なくとも1種類の金属と、Pt及びPdのうちの少なくとも1種類の金属との合金薄膜を、表面温度が650℃以上である基板上にスパッタリング成膜する方法が知られている。そして、近年では、このような磁性薄膜の中でも、ネオジウム等の希土類元素を含む磁性材料(永久磁石材料)を用いた磁性薄膜の研究が進められている。 Conventionally, ultra-high density magnetic media capable of processing and storing large amounts of information have been developed, and research on various magnetic thin films that can be used for such magnetic media has been advanced. I came. For example, an FePt thin film is known as such a magnetic thin film. As a method for producing such a magnetic thin film, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-289005 (Patent Document 1) has a magnetically isolated fine particle structure and is unidirectional. A method for producing a highly oriented magnetic thin film oriented in the form of an alloy thin film of at least one metal of Fe and Co and at least one metal of Pt and Pd having a surface temperature of 650. A method of forming a sputtering film on a substrate that is at or above ° C is known. In recent years, among such magnetic thin films, research on magnetic thin films using magnetic materials (permanent magnet materials) containing rare earth elements such as neodymium has been promoted.
このような希土類元素を含む磁性材料を用いた薄膜の製造方法としては、例えば、Si(100)基板に成膜されたモリブデン層上に、NdFeBからなる磁性材料をスパッタリングした後、450℃〜675℃の温度範囲で30分間アニール処理する磁性薄膜の製造方法が知られている(T.V.Khoa,N.D.Ha,S.MHongら著,“Composition dependence of crystallization temperature and Magnetic property of NdFeB thin films”, Journal of Magnetism and Magnetic Materials,2006年発行,vol.304,246〜248頁(非特許文献1)参照)。また、Si(100)基板上に成膜されたモリブデン層上に、基板の表面温度を575℃に加熱しながらNdFeBからなる磁性材料をスパッタリングして磁性薄膜を成膜する方法が知られている(S.L.Chen,W.Liu,Z.D.Zhangら著,“Microstructure and magnetic properties of anisotropic Nd-Fe-B thin films fabricated with different deposition rates”,Journal of Magnetism and Magnetic Materials,2006年発行,vol.302,306〜309頁(非特許文献2)参照)。 As a method for manufacturing a thin film using such a magnetic material containing a rare earth element, for example, after sputtering a magnetic material made of NdFeB on a molybdenum layer formed on a Si (100) substrate, 450 ° C. to 675 ° C. A method for producing a magnetic thin film that is annealed in a temperature range of 30 ° C. for 30 minutes is known (TVKhoa, NDHa, S. MHong et al., “Composition dependence of crystallization temperature and Magnetic property of NdFeB thin films”, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2006, vol. 304, pages 246 to 248 (Non-patent Document 1)). Further, a method of forming a magnetic thin film by sputtering a magnetic material made of NdFeB on a molybdenum layer formed on a Si (100) substrate while heating the surface temperature of the substrate to 575 ° C. is known. (SLChen, W. Liu, ZDZhang et al., “Microstructure and magnetic properties of anisotropic Nd-Fe-B thin films fabricated with different deposition rates”, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2006, vol. 302, 306 -309 pages (refer nonpatent literature 2).
しかしながら、非特許文献1に記載のような磁性薄膜の製造方法では、希土類元素を含む磁性材料からなる薄膜を島状構造とすることができなかった。また、非特許文献2に記載のような磁性薄膜の製造方法では、膜厚が厚く、島状構造が形成された場合であっても形成される島粒子が大きなものとなってしまい、十分に粒径の小さな島粒子からなる島状構造を形成することができなかった。また、非特許文献1又は2に記載のような磁性薄膜の製造方法においては、希土類元素が、酸化耐性が低く且つ複雑な結晶構造を有するものであるため、厚みが十分に薄く且つ十分に高い保磁力を有する磁性薄膜を製造することができなかった。
本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、希土類元素を含む磁性材料からなる磁性薄膜であって、前記磁性材料からなる孤立した島粒子が不連続膜状に配列された島状構造が形成されており、前記島粒子の粒径が十分に小さく、膜の厚みが十分に薄く、しかも十分に高い保磁力を有することが可能な島状磁性薄膜及びその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and is a magnetic thin film made of a magnetic material containing a rare earth element, in which isolated island particles made of the magnetic material are arranged in a discontinuous film shape. An island-like magnetic thin film having a sufficiently small coercive force, and a method of manufacturing the island-like magnetic thin film, wherein the island-shaped structure is formed, the island particles have a sufficiently small particle size, and the film thickness is sufficiently thin. The purpose is to provide.
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、希土類元素を含有する磁性材料からなる孤立した島粒子が不連続膜状に配置された島状構造の薄膜を形成せしめ、前記島粒子の面内直径の平均値を40〜140nmの範囲とし、且つ、前記薄膜の厚みを2〜25nmの範囲とすることによって、上記目的を達成することが可能となることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have formed an island-shaped thin film in which isolated island particles made of a magnetic material containing a rare earth element are arranged in a discontinuous film shape, It has been found that the above object can be achieved by setting the average value of the in-plane diameter of the island particles in the range of 40 to 140 nm and the thickness of the thin film in the range of 2 to 25 nm. The invention has been completed.
すなわち、本発明の島状磁性薄膜は、磁性材料からなる孤立した島粒子が不連続膜状に配置された島状磁性薄膜であって、前記磁性材料が希土類元素を含有するものであり、前記島粒子の面内直径の平均値が40〜140nmの範囲にあり、且つ、前記薄膜の厚みが2〜25nmの範囲にあることを特徴とするものである。 That is, the island-shaped magnetic thin film of the present invention is an island-shaped magnetic thin film in which isolated island particles made of a magnetic material are arranged in a discontinuous film shape, and the magnetic material contains a rare earth element, The average value of the in-plane diameter of the island particles is in the range of 40 to 140 nm, and the thickness of the thin film is in the range of 2 to 25 nm.
上記本発明にかかる前記磁性材料としては、ネオジウムを含有するものであることが好ましく、ネオジウムと鉄とホウ素とを含有するものであることがより好ましい。 The magnetic material according to the present invention preferably contains neodymium, and more preferably contains neodymium, iron and boron.
また、上記本発明の島状磁性薄膜においては、前記島粒子の最近接粒子同士の最近接点間の距離の平均値が10〜100nmの範囲にあることが好ましい。 In the island-shaped magnetic thin film of the present invention, it is preferable that the average value of the distance between the nearest points of the island particles is in the range of 10 to 100 nm.
さらに、上記本発明の島状磁性薄膜においては、前記島粒子中の前記磁性材料の結晶相がc面配向していることが好ましい。 Furthermore, in the island-shaped magnetic thin film of the present invention, the crystal phase of the magnetic material in the island particles is preferably c-plane oriented.
また、本発明の島状磁性薄膜の製造方法は、酸化マグネシウム単結晶からなる基板上に、モリブデン及びタンタルのうちの少なくとも1種を含有する下地材料からなる下地層を形成して磁性薄膜形成用基板を得る工程と、
前記磁性薄膜形成用基板の表面温度を590℃〜670℃に保持しながら、ネオジウムと鉄とホウ素とを含有するターゲット材料をスパッタリングすることにより、
ネオジウムと鉄とホウ素とを含有する磁性材料からなる孤立した島粒子が不連続膜状に配置されてなり、前記島粒子中の前記磁性材料の結晶相がc面配向しており、前記島粒子の面内直径の平均値が40〜140nmの範囲にあり、且つ、厚みが2〜25nmの範囲にある島状磁性薄膜を、前記下地層上に成膜する工程と、
を含むことを特徴とする方法である。
The method for manufacturing an island-shaped magnetic thin film according to the present invention is for forming a magnetic thin film by forming a base layer made of a base material containing at least one of molybdenum and tantalum on a substrate made of a magnesium oxide single crystal. Obtaining a substrate;
By sputtering a target material containing neodymium, iron and boron while maintaining the surface temperature of the magnetic thin film forming substrate at 590 ° C. to 670 ° C.,
Isolated island particles made of a magnetic material containing neodymium, iron and boron are arranged in a discontinuous film shape, and the crystal phase of the magnetic material in the island particles is c-plane oriented, and the island particles Forming an island-shaped magnetic thin film having an average in-plane diameter of 40 to 140 nm and a thickness of 2 to 25 nm on the underlayer;
It is the method characterized by including.
さらに、上記本発明の島状磁性薄膜の製造方法においては、前記スパッタリングによる磁性薄膜の成膜速度が1Å/s以下であることが好ましい。 Furthermore, in the method for producing an island-shaped magnetic thin film of the present invention, it is preferable that the deposition rate of the magnetic thin film by the sputtering is 1 Å / s or less.
本発明によれば、希土類元素を含む磁性材料からなる磁性薄膜であって、前記磁性材料からなる孤立した島粒子が不連続膜状に配列された島状構造が形成されており、前記島粒子の粒径が十分に小さく、膜の厚みが十分に薄く、しかも十分に高い保磁力を有することが可能な島状磁性薄膜及びその製造方法を提供することが可能となる。 According to the present invention, a magnetic thin film made of a magnetic material containing a rare earth element is formed, and an island-like structure is formed in which isolated island particles made of the magnetic material are arranged in a discontinuous film shape. It is possible to provide an island-like magnetic thin film capable of having a sufficiently small particle size, a sufficiently thin film thickness, and a sufficiently high coercive force, and a method for manufacturing the same.
以下、本発明をその好適な実施形態に即して詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to preferred embodiments thereof.
先ず、本発明の島状磁性薄膜について説明する。すなわち、本発明の島状磁性薄膜は、磁性材料からなる孤立した島粒子が不連続膜状に配置された島状磁性薄膜であって、前記磁性材料が希土類元素を含有するものであり、前記島粒子の面内直径の平均値が40〜140nmの範囲にあり、且つ、前記薄膜の厚みが2〜25nmの範囲にあることを特徴とするものである。 First, the island-shaped magnetic thin film of the present invention will be described. That is, the island-shaped magnetic thin film of the present invention is an island-shaped magnetic thin film in which isolated island particles made of a magnetic material are arranged in a discontinuous film shape, and the magnetic material contains a rare earth element, The average value of the in-plane diameter of the island particles is in the range of 40 to 140 nm, and the thickness of the thin film is in the range of 2 to 25 nm.
このような島粒子は、面内直径の平均値が40〜140nmの範囲にあるものである。このような島粒子の面内直径の平均値が前記下限未満では、磁性材料の結晶の形成(結晶構造の形成)が困難となり、前記上限を超えると、磁気的な連続性が高くなり、保磁力が低下する。ここにいう「面内直径」とは、島粒子が配置された基板等の表面上の島粒子の形状(基板等の表面に接する島粒子の面の形状)の直径をいい、前記島粒子の形状が円形でない場合には、その外接円の最大直径をいう。また、このような「面内直径」は、TEM−EELSにより特定の成分のエネルギーを選別しながら薄膜の断面の状態を観察し、得られる薄膜のTEM写真から各島粒子の大きさを求めることにより測定することができる。 Such island particles have an average in-plane diameter in the range of 40 to 140 nm. When the average value of the in-plane diameters of such island particles is less than the lower limit, it is difficult to form a crystal of the magnetic material (form crystal structure), and when the upper limit is exceeded, the magnetic continuity is increased and maintained. Magnetic force decreases. The “in-plane diameter” as used herein refers to the diameter of the shape of the island particles on the surface of the substrate or the like on which the island particles are arranged (the shape of the surface of the island particles in contact with the surface of the substrate or the like). If the shape is not circular, it refers to the maximum diameter of the circumscribed circle. In addition, such “in-plane diameter” is obtained by observing the state of the cross section of the thin film while selecting the energy of a specific component by TEM-EELS, and determining the size of each island particle from the TEM photograph of the obtained thin film. Can be measured.
また、このような島粒子の最近接粒子同士の最近接点間の距離(島粒子の離間距離)の平均値としては、10〜100nmの範囲にあることが好ましい。このような離間距離の平均値が前記下限未満では、磁気的な連続性が高くなり、保磁力が低下する傾向にあり、他方、前記上限を超えると、面内の磁性薄膜の体積分率が減少し、磁化が減少する傾向にある。 Moreover, it is preferable that it is in the range of 10-100 nm as an average value of the distance (separation distance of an island particle) between the closest points of such closest particles of an island particle. When the average value of such a separation distance is less than the lower limit, the magnetic continuity tends to be high and the coercive force tends to decrease.On the other hand, when the upper limit is exceeded, the volume fraction of the in-plane magnetic thin film is reduced. It tends to decrease and the magnetization decreases.
また、本発明の島状磁性薄膜は、磁性材料からなる孤立した前記島粒子が不連続膜状に配置された構造(島状構造)を有する。このような島状構造としては、面内直径の平均値が40〜140nmの範囲にある島粒子を、それぞれ孤立した状態で、最近接粒子同士の離間距離の平均値が10〜100nmとなるようにして不連続膜状に配置させた構造であることがより好ましい。本発明の島状磁性薄膜は、前述のような微細な島状粒子によって前記島状構造が形成されているため、薄膜の磁気的な連続性は低く、十分に高い保磁力を発揮することが可能である。 The island-shaped magnetic thin film of the present invention has a structure (island-shaped structure) in which the isolated island particles made of a magnetic material are arranged in a discontinuous film shape. As such an island-shaped structure, the average value of the distance between the closest particles is 10 to 100 nm with island particles having an average in-plane diameter in the range of 40 to 140 nm isolated from each other. It is more preferable that the structure be arranged in a discontinuous film. In the island-shaped magnetic thin film of the present invention, since the island-shaped structure is formed by the fine island-shaped particles as described above, the magnetic continuity of the thin film is low and a sufficiently high coercive force can be exhibited. Is possible.
さらに、本発明の島状磁性薄膜は、薄膜の厚みが2〜25nmの範囲にあるものである。このような薄膜の厚みが前記上限を超えると、磁性薄膜が連続膜となり、他方、前記下限未満では、磁性材料の結晶の形成(結晶構造の形成)が困難となる。なお、ここにいう「薄膜の厚み」とは、成膜速度と成膜時間の積で求められる値をいう。 Furthermore, the island-like magnetic thin film of the present invention has a thickness of 2 to 25 nm. When the thickness of such a thin film exceeds the upper limit, the magnetic thin film becomes a continuous film, and when the thickness is less than the lower limit, it is difficult to form a crystal of the magnetic material (form crystal structure). The “thickness of the thin film” referred to here is a value obtained by the product of the film formation speed and the film formation time.
また、このような島粒子を形成する磁性材料は、希土類元素を含有し且つ磁性を有する材料(結晶)である。ここで、「磁性を有する材料」とは、かかる材料により上記島状構造を有する薄膜を形成せしめた場合に、高い保磁力を有する材料をいい、例えば、ネオジウムと鉄とホウ素とからなる薄膜においてはNd2Fe14B構造を有することをいう。また、本発明にいう「希土類元素」としては、ネオジウム、サマリウム、ディスプロシウム、テルビウム、プラセオジウム、ホルミウムが挙げられる。また、このような磁性材料としては、希土類元素を含有するものであればよく、前記磁性材料に含有される他の元素は特に制限されない。このような希土類元素を含有する磁性材料としては、例えば、サマリウムとコバルトとを含有するサマリウム−コバルト系磁性材料や、ネオジウムと鉄とホウ素とを含有するネオジウム−鉄−ボロン系磁性材料(Fe−Nd−B系磁性材料)等の公知の希土類元素を含有する磁性材料が挙げられる。また、このような磁性材料としては、高い結晶磁気異方性を有するという観点から、希土類元素としてネオジウムを含む磁性材料が好ましく、中でも、ネオジウムと鉄とホウ素とを含有する磁性材料(特に好ましくはNd2Fe14B)がより好ましい。 The magnetic material forming such island particles is a material (crystal) containing a rare earth element and having magnetism. Here, the “material having magnetism” refers to a material having a high coercive force when a thin film having the island-like structure is formed from such a material. For example, in a thin film made of neodymium, iron, and boron. Means having an Nd 2 Fe 14 B structure. In addition, examples of the “rare earth element” in the present invention include neodymium, samarium, dysprosium, terbium, praseodymium, and holmium. Moreover, as long as such a magnetic material contains a rare earth element, other elements contained in the magnetic material are not particularly limited. Examples of such a rare earth element-containing magnetic material include a samarium-cobalt magnetic material containing samarium and cobalt, and a neodymium-iron-boron magnetic material (Fe—) containing neodymium, iron and boron. Examples thereof include magnetic materials containing known rare earth elements such as Nd—B magnetic materials. Further, as such a magnetic material, a magnetic material containing neodymium as a rare earth element is preferable from the viewpoint of having a high magnetocrystalline anisotropy, and among them, a magnetic material containing neodymium, iron and boron (particularly preferably) Nd 2 Fe 14 B) is more preferred.
また、前記島粒子においては、島粒子中の磁性材料の結晶相がc面配向していることが好ましい。すなわち、前記島粒子としては、島粒子中の磁性材料の結晶のc軸が、結晶の成長方向(基板上に島粒子を配置する場合には、前記基板の表面に対して垂直な方向)に配向していることが好ましい。このように磁性材料の結晶相がc面配向していることによって、磁気特性に異方性が表れる。 In the island particles, the crystal phase of the magnetic material in the island particles is preferably c-plane oriented. That is, as the island particles, the c-axis of the crystal of the magnetic material in the island particles is in the crystal growth direction (a direction perpendicular to the surface of the substrate when the island particles are arranged on the substrate). It is preferably oriented. Thus, since the crystal phase of the magnetic material is c-plane oriented, anisotropy appears in the magnetic characteristics.
また、本発明の島状磁性薄膜は、各種基板上に配置させて用いてもよい。そして、前記島粒子を配置させる基板としては、MgO単結晶基板が好ましい。また、このようなMgO単結晶基板を用いる場合においては、MgO単結晶基板上に、モリブデン及びタンタルのうちの少なくとも1種を含有する下地材料からなる下地層を形成せしめ、その下地層上に島粒子が配置されていることが好ましい。なお、このような下地層が形成されたMgO単結晶基板を用いることで、製造時に、より効率よく前記島粒子を不連続膜状に配置(前記島状構造を形成)することが可能となる傾向にある。更に、このような島状磁性薄膜としては、酸化防止等の観点から、その表面上に保護膜を配置することが好ましい。このような保護膜の材料としては、特に制限されず、磁性薄膜を保護するために磁性薄膜の表面に積層させることが可能な公知の保護膜用の材料を適宜用いることができ、例えば、酸化防止のためにクロム等を用いてもよい。従って、本発明の島状磁性薄膜を使用する場合には、MgO単結晶基板上に、前記下地層/島状磁性薄膜/保護膜を順次積層させて用いることが好ましい。 The island-shaped magnetic thin film of the present invention may be used by being arranged on various substrates. And as a board | substrate which arrange | positions the said island particle | grain, a MgO single crystal substrate is preferable. Further, when such an MgO single crystal substrate is used, a base layer made of a base material containing at least one of molybdenum and tantalum is formed on the MgO single crystal substrate, and the island layer is formed on the base layer. It is preferable that the particles are arranged. In addition, by using the MgO single crystal substrate on which such an underlayer is formed, it becomes possible to arrange the island particles in a discontinuous film shape (form the island-like structure) more efficiently during manufacturing. There is a tendency. Furthermore, it is preferable to arrange a protective film on the surface of such an island-shaped magnetic thin film from the viewpoint of preventing oxidation. The material for such a protective film is not particularly limited, and a known protective film material that can be laminated on the surface of the magnetic thin film to protect the magnetic thin film can be appropriately used. For prevention, chromium or the like may be used. Therefore, when the island-shaped magnetic thin film of the present invention is used, it is preferable to use the underlayer / island-shaped magnetic thin film / protective film sequentially laminated on the MgO single crystal substrate.
以上、本発明の島状磁性薄膜について説明したが、以下、本発明の島状磁性薄膜の製造方法について説明する。なお、本発明の島状磁性薄膜の製造方法は、上記本発明の島状磁性薄膜として好適なネオジウムと鉄とホウ素とを含有する磁性材料からなる島状磁性薄膜を製造するための方法として、好適に採用することが可能な方法である。 Although the island-shaped magnetic thin film of the present invention has been described above, the method for manufacturing the island-shaped magnetic thin film of the present invention will be described below. In addition, the method for producing the island-shaped magnetic thin film of the present invention is a method for producing an island-shaped magnetic thin film made of a magnetic material containing neodymium, iron, and boron suitable as the island-shaped magnetic thin film of the present invention. This is a method that can be suitably employed.
本発明の島状磁性薄膜の製造方法は、酸化マグネシウム単結晶からなる基板上に、モリブデン及びタンタルのうちの少なくとも1種を含有する下地材料からなる下地層を形成して磁性薄膜形成用基板を得る工程(A)と、
前記磁性薄膜形成用基板の表面温度を590℃〜670℃に保持しながら、ネオジウムと鉄とホウ素とを含有するターゲット材料をスパッタリングすることにより、
ネオジウムと鉄とホウ素とを含有する磁性材料からなる孤立した島粒子が不連続膜状に配置されてなり、前記島粒子中の前記磁性材料の結晶相がc面配向しており、前記島粒子の面内直径の平均値が40〜140nmの範囲にあり、且つ、厚みが2〜25nmの範囲にある島状磁性薄膜を、前記下地層上に成膜する工程(B)と、
を含むことを特徴とする方法である。以下、工程(A)及び(B)を分けて説明する。
According to the method for manufacturing an island-shaped magnetic thin film of the present invention, a magnetic thin film forming substrate is formed by forming a base layer made of a base material containing at least one of molybdenum and tantalum on a substrate made of a magnesium oxide single crystal. Obtaining step (A);
By sputtering a target material containing neodymium, iron and boron while maintaining the surface temperature of the magnetic thin film forming substrate at 590 ° C. to 670 ° C.,
Isolated island particles made of a magnetic material containing neodymium, iron and boron are arranged in a discontinuous film shape, and the crystal phase of the magnetic material in the island particles is c-plane oriented, and the island particles A step (B) of forming an island-shaped magnetic thin film having an average in-plane diameter of 40 to 140 nm and a thickness of 2 to 25 nm on the underlayer;
It is the method characterized by including. Hereinafter, steps (A) and (B) will be described separately.
先ず、工程(A)について説明する。工程(A)は、酸化マグネシウム単結晶からなる基板上に、モリブデン及びタンタルのうちの少なくとも1種を含有する下地材料からなる下地層を形成して磁性薄膜形成用基板を得る工程である。 First, the step (A) will be described. Step (A) is a step of obtaining a magnetic thin film forming substrate by forming a base layer made of a base material containing at least one of molybdenum and tantalum on a substrate made of a magnesium oxide single crystal.
本発明において用いられる基板は、酸化マグネシウム単結晶からなる基板(以下、場合により単に「MgO基板」と示す。)である。このような酸化マグネシウム単結晶からなる基板としては特に制限されず、市販品として入手できるものを使用してもよい。また、このような酸化マグネシウム単結晶からなる基板においては、形成させる島粒子中の磁性材料をc面配向させるという観点からは、その酸化マグネシウム単結晶の(100)面を用いることが好ましい。 The substrate used in the present invention is a substrate made of a magnesium oxide single crystal (hereinafter, simply referred to as “MgO substrate” in some cases). The substrate made of such a magnesium oxide single crystal is not particularly limited, and a commercially available product may be used. In addition, in a substrate made of such a magnesium oxide single crystal, it is preferable to use the (100) plane of the magnesium oxide single crystal from the viewpoint of c-plane orientation of the magnetic material in the island particles to be formed.
また、本発明において下地層を形成させるために用いる下地材料は、モリブデン及びタンタルのうちの少なくとも1種を含有するものである。このようなモリブデン(Mo)やタンタル(Ta)は、磁性材料(特に好ましくはNd2Fe14B)のc面と格子整合性が高い体心立方構造(bcc)の材料である。そして、MgO基板を用いること及び前記下地材料からなる下地層を前記MgO基板上に形成させることによって、効率よくc面配向した磁性材料(特に好ましくはNd2Fe14B)の島粒子を形成させることが可能となる。 In the present invention, the base material used for forming the base layer contains at least one of molybdenum and tantalum. Such molybdenum (Mo) or tantalum (Ta) is a body-centered cubic (bcc) material having high lattice matching with the c-plane of a magnetic material (particularly preferably Nd 2 Fe 14 B). Then, by using the MgO substrate and forming the base layer made of the base material on the MgO substrate, the island particles of the magnetic material (particularly preferably Nd 2 Fe 14 B) with the c-plane orientation are efficiently formed. It becomes possible.
また、このような下地層を形成せしめる方法としては特に制限されず、MgO基板上に前記下地材料をスパッタリングすることにより成膜する方法を好適に採用することができる。このようなスパッタリングの条件としては特に制限されず、公知の条件を適宜採用することができる。 In addition, the method for forming such a base layer is not particularly limited, and a method of forming a film by sputtering the base material on an MgO substrate can be suitably employed. Such sputtering conditions are not particularly limited, and known conditions can be appropriately employed.
また、このような下地層の厚みは特に制限されず、適宜変更することができる。また、このような下地層としては、前記下地材料が(001)配向したものであることが好ましい。このように下地層が(001)配向したものである場合には、効率よく島粒子中の磁性材料の結晶相をc面配向させることができる傾向にある。 Further, the thickness of such an underlayer is not particularly limited and can be changed as appropriate. In addition, as such a base layer, the base material is preferably (001) -oriented. Thus, when the underlayer is (001) oriented, the crystal phase of the magnetic material in the island particles tends to be efficiently c-plane oriented.
次に、工程(B)について説明する。工程(B)は、前記磁性薄膜形成用基板の表面温度を590℃〜670℃に保持しながら、ネオジウムと鉄とホウ素とを含有するターゲット材料をスパッタリングすることにより、
ネオジウムと鉄とホウ素とを含有する磁性材料からなる孤立した島粒子が不連続膜状に配置されてなり、前記島粒子中の前記磁性材料の結晶相がc面配向しており、前記島粒子の面内直径の平均値が40〜140nmの範囲にあり、且つ、厚みが2〜25nmの範囲にある島状磁性薄膜を、前記下地層上に成膜する工程である。
Next, the step (B) will be described. The step (B) is performed by sputtering a target material containing neodymium, iron and boron while maintaining the surface temperature of the magnetic thin film forming substrate at 590 ° C. to 670 ° C.
Isolated island particles made of a magnetic material containing neodymium, iron and boron are arranged in a discontinuous film shape, and the crystal phase of the magnetic material in the island particles is c-plane oriented, and the island particles In this step, an island-shaped magnetic thin film having an average in-plane diameter of 40 to 140 nm and a thickness of 2 to 25 nm is formed on the underlayer.
このような工程(B)においては、スパッタリングの際に、前記磁性薄膜形成用基板の表面温度を590℃〜670℃(より好ましくは600℃〜650℃)に保持する。このような表面温度が前記下限未満では、スパッタリングにより前記ターゲット材料を担持させた際に連続状の膜が成膜されてしまう。他方、前記表面温度が前記上限を超えると、前記ターゲット材料をスパッタリングした場合に、島上構造は形成されるものの、島粒子中にNd2Fe14B相が形成されず、得られる薄膜の保磁力が十分なものとはならない。 In such a step (B), the surface temperature of the magnetic thin film forming substrate is maintained at 590 ° C. to 670 ° C. (more preferably 600 ° C. to 650 ° C.) during sputtering. When the surface temperature is lower than the lower limit, a continuous film is formed when the target material is supported by sputtering. On the other hand, if the surface temperature exceeds the upper limit, when the target material is sputtered, an island structure is formed, but no Nd 2 Fe 14 B phase is formed in the island particles, and the coercivity of the thin film obtained Is not enough.
また、本発明において用いられるターゲット材料はネオジウム(Nd)と鉄(Fe)とホウ素(B)とを含有するものである。このようなターゲット材料としては特に制限されず、磁性材料からなる島粒子を形成できるものであればよく、例えば、予め組成が予備的に調製されたNdとFeとBとの合金(NdFeB合金)等を適宜用いることができる。 The target material used in the present invention contains neodymium (Nd), iron (Fe), and boron (B). The target material is not particularly limited as long as it can form island particles made of a magnetic material. For example, an alloy of Nd, Fe, and B (NdFeB alloy) whose composition is preliminarily prepared in advance. Etc. can be used as appropriate.
また、前記スパッタリングの方法としては特に制限されず、公知のスパッタリング方法を適宜採用することができ、例えば、マグネトロンスパッタ法を好適に採用することができる。また、このようなスパッタリングに使用するスパッタリング装置は特に制限されず、公知のスパッタリング装置を適宜利用できる。 Further, the sputtering method is not particularly limited, and a known sputtering method can be appropriately employed. For example, a magnetron sputtering method can be preferably employed. Moreover, the sputtering apparatus used for such sputtering is not particularly limited, and a known sputtering apparatus can be used as appropriate.
また、スパッタリングの際の成膜速度としては、1Å/s以下であることが好ましい。さらに、前記スパッタリングに際しては、成膜前の真空度を1×10−7Pa以下とすることが好ましい。このような真空度が前記上限を超えると、磁性材料に酸化が起こり、磁性特性(保磁力)が減少する傾向にある。 In addition, the film formation rate during sputtering is preferably 1 際 / s or less. Furthermore, in the sputtering, it is preferable that the degree of vacuum before film formation is 1 × 10 −7 Pa or less. When the degree of vacuum exceeds the upper limit, the magnetic material is oxidized and the magnetic properties (coercive force) tend to decrease.
また、前記スパッタリングに際しては、島状磁性薄膜の厚みを2〜25nmの範囲となるようにする。このような厚みが前記下限未満では、磁性材料の結晶の形成(結晶構造の形成)が困難になる傾向にある。他方、前記厚みが前記上限を超えると、形成される島粒子の粒径が大きくなってしまったり、島状の膜ではなく連続状の膜が成膜されてしまう傾向にある。なお、このような薄膜の厚みはスパッタリングの成膜速度や成膜時間を調整することにより適宜調整することが可能である。 In the sputtering, the island-shaped magnetic thin film is made to have a thickness in the range of 2 to 25 nm. If the thickness is less than the lower limit, it tends to be difficult to form a crystal of the magnetic material (form crystal structure). On the other hand, when the thickness exceeds the upper limit, the particle diameter of the formed island particles tends to increase, or a continuous film tends to be formed instead of an island-shaped film. Note that the thickness of such a thin film can be appropriately adjusted by adjusting the film formation speed and film formation time of sputtering.
また、本発明において、前述のように、前記磁性薄膜形成用基板の表面温度を590℃〜670℃に保持しながら前記ターゲット材料をスパッタリングすることによって形成される島状磁性薄膜は、ネオジウムと鉄とホウ素とを含有する磁性材料からなる孤立した島粒子が不連続膜状に配置されてなり、前記島粒子中の前記磁性材料の結晶相がc面配向しており、前記島粒子の面内直径の平均値が40〜140nmの範囲にあり、且つ、厚みが2〜25nmの範囲にあるものとなる。 In the present invention, as described above, the island-like magnetic thin film formed by sputtering the target material while maintaining the surface temperature of the magnetic thin film forming substrate at 590 ° C. to 670 ° C. is neodymium and iron. Isolated island particles made of a magnetic material containing boron and boron are arranged in a discontinuous film shape, and the crystal phase of the magnetic material in the island particles is c-plane oriented, and the in-plane of the island particles The average diameter is in the range of 40 to 140 nm and the thickness is in the range of 2 to 25 nm.
このような島粒子を形成する磁性材料は、NdとFeとBとを含有するものである。このような磁性材料としては、十分に高い保磁力が得られるという観点から、Nd2Fe14B結晶となっていることが特に好ましい。なお、このような磁性材料の結晶は、前述のようにして前記ターゲット材料をスパッタリングすることにより、前記下地層上に形成される。 The magnetic material forming such island particles contains Nd, Fe, and B. Such a magnetic material is particularly preferably an Nd 2 Fe 14 B crystal from the viewpoint that a sufficiently high coercive force can be obtained. Such a crystal of magnetic material is formed on the underlayer by sputtering the target material as described above.
また、このような島粒子においては、前記磁性材料の結晶相がc面配向している。すなわち、本発明においては、島粒子中の磁性材料の結晶のc軸が、結晶の成長方向(基板上に島粒子を配置する場合には、前記基板の表面に対して垂直な方向)に配向している。このような結晶相の配向は、工程(A)により形成された磁性薄膜形成用基板を用いること、及び、前記磁性薄膜形成用基板の表面温度を上記範囲に保持しつつ前記基板の下地層上に前記ターゲット材料を前述のようにしてスパッタリングして担持させることによって達成される。 Moreover, in such island particles, the crystal phase of the magnetic material is c-plane oriented. That is, in the present invention, the c-axis of the crystal of the magnetic material in the island particles is oriented in the crystal growth direction (a direction perpendicular to the surface of the substrate when the island particles are arranged on the substrate). is doing. Such orientation of the crystal phase is achieved by using the magnetic thin film forming substrate formed in the step (A) and on the underlying layer of the substrate while maintaining the surface temperature of the magnetic thin film forming substrate in the above range. This is achieved by supporting the target material by sputtering as described above.
また、前記スパッタリングにより形成される島粒子は、面内直径の平均値が40〜140nmの範囲のものとなる。なお、このような島粒子は、工程(A)により形成された磁性薄膜形成用基板を用いること、及び、前記磁性薄膜形成用基板の表面温度を上記範囲に保持しつつ前記基板の下地層上に前記ターゲット材料を前述のようにしてスパッタリングして担持させることによって形成することが可能となるものである。 The island particles formed by the sputtering have an average in-plane diameter in the range of 40 to 140 nm. Such island particles use the magnetic thin film forming substrate formed in the step (A), and maintain the surface temperature of the magnetic thin film forming substrate in the above range while on the underlayer of the substrate. The target material can be formed by sputtering and supporting it as described above.
また、このようにして成膜される島状磁性薄膜は、厚みが2〜25nmの範囲のものである。また、このようにして成膜される島状磁性薄膜においては、孤立した前記島粒子が不連続膜状に配置された構造(島状構造)を有する。このような島状構造としては、面内直径の平均値が40〜140nmの範囲にある島粒子を、それぞれ孤立した状態で、最近接粒子同士の離間距離の平均値が10〜100nmとなるようにして、不連続膜状に配置させた構造であることがより好ましい。なお、このような島状構造は、工程(A)により形成された磁性薄膜形成用基板を用いること、及び、前記磁性薄膜形成用基板の表面温度を上記範囲に保持しつつ前述のようにしてスパッタリングして前記基板の下地層上に前記ターゲット材料を担持させることによって形成させることができる。 Further, the island-like magnetic thin film formed in this way has a thickness in the range of 2 to 25 nm. Further, the island-shaped magnetic thin film formed in this way has a structure (island-shaped structure) in which the isolated island particles are arranged in a discontinuous film shape. As such an island-shaped structure, the average value of the distance between the closest particles is 10 to 100 nm with island particles having an average in-plane diameter in the range of 40 to 140 nm isolated from each other. Thus, the structure is more preferably arranged in a discontinuous film shape. Such an island-shaped structure uses the magnetic thin film forming substrate formed in the step (A), and maintains the surface temperature of the magnetic thin film forming substrate in the above range as described above. The target material can be formed on the base layer of the substrate by sputtering.
また、このような島状磁性薄膜を成膜した後においては、更に保護膜を成膜してもよい。このような保護膜の材料としては、特に制限されず、磁性薄膜を保護するために磁性薄膜の表面に積層させることが可能な公知の保護膜用の材料を適宜用いることができ、例えば、酸化防止のためにクロム等を用いてもよい。このような保護膜の成膜方法は特に制限されず、例えば、スパッタリングにより形成させる方法を適宜採用できる。また、形成させる保護膜の厚みとしては、特に制限されず、酸化防止機能等を十分に発揮することが可能な厚みであればよく、例えば、クロムからなる保護膜を成膜する場合には2〜50nm程度とすればよい。 Further, after such an island-shaped magnetic thin film is formed, a protective film may be further formed. The material for such a protective film is not particularly limited, and a known protective film material that can be laminated on the surface of the magnetic thin film to protect the magnetic thin film can be appropriately used. For prevention, chromium or the like may be used. The method for forming such a protective film is not particularly limited, and for example, a method of forming by a sputtering can be appropriately employed. Further, the thickness of the protective film to be formed is not particularly limited as long as it can sufficiently exhibit the antioxidant function and the like. For example, when a protective film made of chromium is formed, the thickness is 2 What is necessary is just about 50 nm.
以下、実施例及び比較例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated more concretely based on an Example and a comparative example, this invention is not limited to a following example.
(合成例1〜4及び比較合成例1〜3)
先ず、MgO単結晶基板(フルウチ化学社製の商品名「MgO(100)単結晶基板」)をそれぞれ用い、各基板上に、下地材料(CrとTaとの合金(合成例1)、Ta(合成例2)、Cr/Moとの合金(合成例3)、Fe/Moとの合金(合成例4)、V(比較合成例1)、CrとVとの合金(比較合成例2)、Cr(比較合成例3))を、スパッタリングにより平坦に積層せしめることにより、下地層が積層した薄膜形成用基板をそれぞれ得た。なお、スパッタリングに際しては、真空度を1.3mTorr以下とした。
(Synthesis Examples 1-4 and Comparative Synthesis Examples 1-3)
First, using an MgO single crystal substrate (trade name “MgO (100) single crystal substrate” manufactured by Furuuchi Chemical Co., Ltd.), an underlying material (an alloy of Cr and Ta (Synthesis Example 1), Ta ( Synthesis example 2), alloy with Cr / Mo (synthesis example 3), alloy with Fe / Mo (synthesis example 4), V (comparative synthesis example 1), alloy of Cr and V (comparative synthesis example 2), By thinly laminating Cr (Comparative Synthesis Example 3)) by sputtering, thin film forming substrates each having a base layer laminated thereon were obtained. In the sputtering, the degree of vacuum was set to 1.3 mTorr or less.
次に、前述のようにして得られた各薄膜形成用基板に対して、それぞれNdFeB薄膜をスパッタリングにより成膜せしめた。なお、スパッタリングの方法としては、マグネトロンスパッタ法を採用し、スパッタリングの成膜前の到達真空度を1×10−8Pa以下とした。また、成膜速度は0.4Å/sとし、スパッタリングの際の基板の表面温度は600〜655℃に保持した。さらに、ターゲット材料はそれぞれNdFeB合金とし、形成した薄膜の形状は直径8mmの円形とし、薄膜の設計膜厚を5nmとした。 Next, an NdFeB thin film was formed on each thin film forming substrate obtained as described above by sputtering. As a sputtering method, a magnetron sputtering method was employed, and the ultimate vacuum before sputtering film formation was set to 1 × 10 −8 Pa or less. The deposition rate was 0.4 Å / s, and the surface temperature of the substrate during sputtering was kept at 600 to 655 ° C. Furthermore, the target material was an NdFeB alloy, the shape of the formed thin film was a circle with a diameter of 8 mm, and the designed film thickness of the thin film was 5 nm.
このようにして形成されたNdFeB薄膜の結晶相を確認するため、得られた各薄膜に対してX線回折(XRD)測定を行った。合成例1〜4及び比較合成例1〜3で得られた各薄膜のXRDパターンを図1に示す。図1に示す結果からも明らかなように、下地材料として、Mo又はTaを含有する材料を用いた場合には、c面配向したNd2Fe14B相が成長することが確認された。このような結果から、MgO基板上にMo又はTaを含有する下地材料からなる下地層が積層された薄膜形成用基板を用いることによって、c面配向したNd2Fe14B相を成長させることが可能となることが分かった。 In order to confirm the crystal phase of the NdFeB thin film thus formed, X-ray diffraction (XRD) measurement was performed on each thin film obtained. The XRD pattern of each thin film obtained in Synthesis Examples 1 to 4 and Comparative Synthesis Examples 1 to 3 is shown in FIG. As is clear from the results shown in FIG. 1, it was confirmed that when a material containing Mo or Ta was used as the base material, a c-plane oriented Nd 2 Fe 14 B phase grew. From these results, it is possible to grow a c-plane oriented Nd 2 Fe 14 B phase by using a thin film forming substrate in which a base layer made of a base material containing Mo or Ta is stacked on an MgO substrate. I found it possible.
(実施例1〜6及び比較例1〜6)
先ず、MgO単結晶基板(フルウチ化学社製の商品名「MgO(100)単結晶基板」)をそれぞれ用い、各基板上に、Moからなる下地材料をスパッタリングにより平坦に積層せしめることにより、下地層が積層した薄膜形成用基板をそれぞれ得た。なお、スパッタリングに際しては、真空度を1.3mTorr以下とし、形成させた下地層の膜厚は20nmとした。
(Examples 1-6 and Comparative Examples 1-6)
First, by using an MgO single crystal substrate (trade name “MgO (100) single crystal substrate” manufactured by Furuuchi Chemical Co., Ltd.), a base material made of Mo is flatly laminated on each substrate by sputtering. Each of the thin film forming substrates laminated with a film was obtained. In sputtering, the degree of vacuum was 1.3 mTorr or less, and the film thickness of the formed underlayer was 20 nm.
次に、前述のようにして得られた各薄膜形成用基板に対して、それぞれNdFeB薄膜をスパッタリングにより成膜せしめた。なお、スパッタリングの方法としては、マグネトロンスパッタ法を採用し、スパッタリングの成膜前の到達真空度を1×10−8Pa以下とした。また、成膜速度は0.4Å/sとし、ターゲット材料はそれぞれNdFeB合金とした。また、形成した薄膜の形状は直径8mmの円形とし、薄膜の設計膜厚を5nmとした。更に、スパッタリングの際の基板の表面温度は、各実施例及び各比較例ごとに、それぞれ、600℃(実施例1)、625℃(実施例2)、635℃(実施例3)、645℃(実施例4)、655℃(実施例5)、665℃(実施例6)、500℃(比較例1)、520℃(比較例2)、540℃(比較例3)、560℃(比較例4)、580℃(比較例5)、675℃(比較例6)に保持した。 Next, an NdFeB thin film was formed on each thin film forming substrate obtained as described above by sputtering. As a sputtering method, a magnetron sputtering method was employed, and the ultimate vacuum before sputtering film formation was set to 1 × 10 −8 Pa or less. The film formation rate was 0.4 Å / s, and the target materials were NdFeB alloys. The shape of the thin film formed was a circle having a diameter of 8 mm, and the designed film thickness of the thin film was 5 nm. Furthermore, the surface temperature of the substrate during sputtering was 600 ° C. (Example 1), 625 ° C. (Example 2), 635 ° C. (Example 3), and 645 ° C. for each Example and each Comparative Example. (Example 4), 655 ° C (Example 5), 665 ° C (Example 6), 500 ° C (Comparative Example 1), 520 ° C (Comparative Example 2), 540 ° C (Comparative Example 3), 560 ° C (Comparative) Example 4) The temperature was maintained at 580 ° C. (Comparative Example 5) and 675 ° C. (Comparative Example 6).
次いで、前述のようにしてNdFeB薄膜を積層した後、前記薄膜の温度が室温(25℃)になるまで自然放冷させた。その後、前記NdFeB薄膜上にクロムからなる保護膜をスパッタリングにより積層せしめた。なお、スパッタリングに際しては真空度を1.3mTorr以下とした。また、保護膜の膜厚は10nmとした。 Next, after the NdFeB thin film was laminated as described above, it was allowed to cool naturally until the temperature of the thin film reached room temperature (25 ° C.). Thereafter, a protective film made of chromium was laminated on the NdFeB thin film by sputtering. In the sputtering, the degree of vacuum was set to 1.3 mTorr or less. The thickness of the protective film was 10 nm.
<実施例1〜6及び比較例1〜6で得られたNdFeB薄膜の特性の評価>
〈TEMによる観測〉
実施例1で得られたNdFeB薄膜を、透過型電子顕微鏡(TEM)により観測した。実施例1で得られたNdFeB薄膜の透過型電子顕微鏡(TEM)写真を図2に示す。図2に示す結果から、NdFeBの結晶がc面配向していることが確認された。
<Evaluation of characteristics of NdFeB thin films obtained in Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 6>
<Observation by TEM>
The NdFeB thin film obtained in Example 1 was observed with a transmission electron microscope (TEM). A transmission electron microscope (TEM) photograph of the NdFeB thin film obtained in Example 1 is shown in FIG. From the results shown in FIG. 2, it was confirmed that the crystals of NdFeB were c-plane oriented.
〈TEM−EELSによる観測〉
次に、実施例1〜2、比較例3及び比較例5〜6で得られたNdFeB薄膜の断面の鉄の状態をTEM−EELSによりエネルギーを選別しながら観測した。このようなTEM−EELS測定の結果として、実施例1〜2、比較例3及び比較例5〜6で得られたNdFeB薄膜の断面の鉄の状態を示す透過型電子顕微鏡(TEM)写真を図3〜7(図3:比較例3、図4:比較例5、図5:実施例1、図6:実施例2、図7:比較例6)に示す。
<Observation by TEM-EELS>
Next, the state of iron in the cross sections of the NdFeB thin films obtained in Examples 1-2, Comparative Example 3, and Comparative Examples 5-6 was observed while selecting energy by TEM-EELS. As a result of such TEM-EELS measurement, a transmission electron microscope (TEM) photograph showing the state of iron in the cross section of the NdFeB thin film obtained in Examples 1-2, Comparative Example 3, and Comparative Examples 5-6 is shown. 3-7 (FIG. 3: Comparative Example 3, FIG. 4: Comparative Example 5, FIG. 5: Example 1, FIG. 6: Example 2, FIG. 7: Comparative Example 6)
図5〜6に示す結果からも明らかなように、実施例1〜2で得られたNdFeB薄膜においては、孤立した島粒子により不連続膜が形成されていること(島状構造が形成されていること)が確認された。また、図5〜6に示す結果から、前記島粒子の面内直径の平均値は80nm(実施例1)、140nm(実施例2)であることが確認された。一方、図3〜4に示す結果からも明らかなように、スパッタリングの際に基板の表面温度を540℃又は580℃とした場合(比較例3及び比較例5の場合)には、得られたNdFeB薄膜は多少の凹凸が見られるもののNdFeB層が連続した膜となることが確認された。さらに、図7に示す結果から、比較例6で得られたNdFeB薄膜においては、連続膜となっていることが確認された。また、図5〜7に示す結果から、スパッタリングの際に基板の表面温度が600℃以上である場合(実施例1〜2)においては、島粒子が形成され、形成される島粒子の面内直径の平均値が40〜140nmの範囲となることが分かった。このような結果から、実施例1〜6においては、面内直径の平均値が40〜140nmの島粒子が不連続膜状に配置された島状の薄膜が得られることが分かった。 As is clear from the results shown in FIGS. 5 to 6, in the NdFeB thin films obtained in Examples 1 and 2, a discontinuous film is formed by isolated island particles (an island-like structure is formed). Confirmed). From the results shown in FIGS. 5 to 6, it was confirmed that the average values of the in-plane diameters of the island particles were 80 nm (Example 1) and 140 nm (Example 2). On the other hand, as apparent from the results shown in FIGS. 3 to 4, it was obtained when the surface temperature of the substrate was set to 540 ° C. or 580 ° C. during the sputtering (in the case of Comparative Example 3 and Comparative Example 5). The NdFeB thin film was confirmed to be a continuous film although the NdFeB layer had some irregularities. Furthermore, from the results shown in FIG. 7, it was confirmed that the NdFeB thin film obtained in Comparative Example 6 was a continuous film. Also, from the results shown in FIGS. 5 to 7, when the surface temperature of the substrate is 600 ° C. or higher during sputtering (Examples 1 and 2), island particles are formed, and the in-plane of the formed island particles It turned out that the average value of a diameter becomes the range of 40-140 nm. From such a result, in Examples 1-6, it turned out that the island-like thin film by which the island particle whose average value of an in-plane diameter is 40-140 nm is arrange | positioned at discontinuous film form is obtained.
〈XRD測定〉
実施例1〜6及び比較例1〜6で得られたNdFeB薄膜に対して、Nd2Fe14B相の生成の有無を確認するため、XRD測定を行った。実施例1〜6及び比較例1〜6で得られたNdFeB薄膜のXRDパターンを示すグラフを図8に示す。
<XRD measurement>
XRD measurement was performed on the NdFeB thin films obtained in Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 6 in order to confirm the presence or absence of Nd 2 Fe 14 B phase generation. The graph which shows the XRD pattern of the NdFeB thin film obtained in Examples 1-6 and Comparative Examples 1-6 is shown in FIG.
図8に示す結果からも明らかなように、スパッタリングの際の基板の表面温度を540〜665℃とした場合(実施例1〜6及び比較例1〜5の場合)には、前記下地層上にc面配向したNd2Fe14B相が成長することが確認された。他方、スパッタリングの際の基板の表面温度を675℃とした場合には、Nd2Fe14B相以外の相に変態してしまうことが確認された。 As is apparent from the results shown in FIG. 8, when the surface temperature of the substrate during sputtering is 540 to 665 ° C. (in the case of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 5), It was confirmed that an Nd 2 Fe 14 B phase with c-plane orientation was grown on the surface. On the other hand, when the surface temperature of the substrate during sputtering was 675 ° C., it was confirmed that the substrate was transformed into a phase other than the Nd 2 Fe 14 B phase.
〈磁気特性の測定〉
試料振動型磁力計(VSM:Lake shore社製)により、実施例1〜6及び比較例1〜6で得られた各NdFeB薄膜の保磁力を測定した。実施例1〜6及び比較例1〜6で得られた各NdFeB薄膜の保磁力と、成膜時の基板表面の保持温度との関係を示すグラフを図9に示す。
<Measurement of magnetic properties>
The coercive force of each NdFeB thin film obtained in Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 6 was measured with a sample vibration type magnetometer (VSM: manufactured by Lake Shore). A graph showing the relationship between the coercivity of each NdFeB thin film obtained in Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 6 and the retention temperature of the substrate surface during film formation is shown in FIG.
図9に示す結果からも明らかなように、成膜時の基板表面の保持温度を600℃〜665℃とした場合(実施例1〜6)においては、得られたNdFeB薄膜の保磁力が15KOeを超えるものとなっていることが確認された。一方、成膜時の基板表面の保持温度が675℃(比較例6)の場合には、得られたNdFeB薄膜の保磁力はほぼ10Oe以下であった。このような結果から、実施例1〜6で得られたNdFeB薄膜は十分に高い保磁力を示すことが確認された。また、比較例6で得られたNdFeB薄膜の保磁力が10Oe以下であることから、比較例6で得られたNdFeB薄膜は、Nd2Fe14Bが形成されていないことが分かった。 As is apparent from the results shown in FIG. 9, when the substrate surface holding temperature during film formation was 600 ° C. to 665 ° C. (Examples 1 to 6), the coercive force of the obtained NdFeB thin film was 15 KOe. It has been confirmed that On the other hand, when the holding temperature of the substrate surface during film formation was 675 ° C. (Comparative Example 6), the coercive force of the obtained NdFeB thin film was approximately 10 Oe or less. From these results, it was confirmed that the NdFeB thin films obtained in Examples 1 to 6 exhibited a sufficiently high coercive force. Moreover, since the coercive force of the NdFeB thin film obtained in Comparative Example 6 was 10 Oe or less, it was found that Nd 2 Fe 14 B was not formed in the NdFeB thin film obtained in Comparative Example 6.
〈AFMによる観測〉
実施例1〜2、実施例4、比較例3、比較例5及び比較例6で得られた各NdFeB薄膜に対して、原子間力顕微鏡(AFM)による観測を行った。このような観測により得られた、各NdFeB薄膜の原子間力顕微鏡(AFM)写真を図10〜15にそれぞれ示す。なお、図10は、比較例3で得られたNdFeB薄膜のAFM写真であり、図11は、比較例5で得られたNdFeB薄膜のAFM写真であり、図12は、実施例1で得られたNdFeB薄膜のAFM写真であり、図13は、実施例2で得られたNdFeB薄膜のAFM写真であり、図14は、実施例4で得られたNdFeB薄膜のAFM写真であり、図15は、比較例6で得られたNdFeB薄膜のAFM写真である。
<Observation by AFM>
The NdFeB thin films obtained in Examples 1-2, Example 4, Comparative Example 3, Comparative Example 5, and Comparative Example 6 were observed with an atomic force microscope (AFM). Atomic force microscope (AFM) photographs of the respective NdFeB thin films obtained by such observation are shown in FIGS. 10 is an AFM photograph of the NdFeB thin film obtained in Comparative Example 3, FIG. 11 is an AFM photograph of the NdFeB thin film obtained in Comparative Example 5, and FIG. 12 is obtained in Example 1. FIG. 13 is an AFM photograph of the NdFeB thin film obtained in Example 2, FIG. 14 is an AFM photograph of the NdFeB thin film obtained in Example 4, and FIG. 4 is an AFM photograph of the NdFeB thin film obtained in Comparative Example 6.
図12〜14に示す結果からも明らかなように、実施例1〜2及び実施例4で得られた各NdFeB薄膜においては、膜の構造が島状構造となっていることが確認された。また、このようなAFM写真によって、実施例1〜2及び実施例4で得られた各NdFeB薄膜においては、形成された島粒子の際近接粒子間の離間距離の平均値が、それぞれ、28nm(実施例1)、32nm(実施例2)、75nm(実施例4)であることが確認された。 As is clear from the results shown in FIGS. 12 to 14, it was confirmed that the film structures of the NdFeB thin films obtained in Examples 1 and 2 and Example 4 were island-shaped structures. Further, according to such AFM photographs, in each of the NdFeB thin films obtained in Examples 1 and 2 and Example 4, the average value of the separation distance between adjacent particles at the formed island particles was 28 nm ( Example 1), 32 nm (Example 2), and 75 nm (Example 4) were confirmed.
以上のような特性評価の結果から、MgO単結晶基板を用い、Mo及びTaのうちの少なくとも1種を含有する下地材料からなる下地層を形成せしめ、薄膜形成用基板の表面温度を600℃(実施例1)、625℃(実施例2)、635℃(実施例3)、645℃(実施例4)、655℃(実施例5)又は665℃(実施例6)に保持しながら、NdFeB薄膜をスパッタリングにより成膜することによって、厚みが十分に薄く、しかも、磁性材料からなる孤立した島粒子が不連続膜状に配列された島状磁性薄膜が得られることが分かった。また、実施例1〜6で得られた薄膜においては、島粒子の面内粒径の平均値が40〜140nmの範囲となることが分かった。さらに、実施例1〜6で得られた島状の磁性薄膜においては、十分に高い保磁力を有することが分かった。 From the result of the characteristic evaluation as described above, an MgO single crystal substrate was used to form a base layer made of a base material containing at least one of Mo and Ta, and the surface temperature of the thin film forming substrate was 600 ° C. ( Example 1), 625 ° C. (Example 2), 635 ° C. (Example 3), 645 ° C. (Example 4), 655 ° C. (Example 5) or 665 ° C. (Example 6) while maintaining NdFeB It was found that by forming a thin film by sputtering, an island-like magnetic thin film having a sufficiently thin thickness and in which isolated island particles made of a magnetic material are arranged in a discontinuous film shape can be obtained. Moreover, in the thin film obtained in Examples 1-6, it turned out that the average value of the in-plane particle diameter of an island particle becomes the range of 40-140 nm. Furthermore, it was found that the island-shaped magnetic thin films obtained in Examples 1 to 6 have a sufficiently high coercive force.
以上説明したように、本発明によれば、希土類元素を含む磁性材料からなる磁性薄膜であって、前記磁性材料からなる孤立した島粒子が不連続膜状に配列された島状構造が形成されており、前記島粒子の粒径が十分に小さく、膜の厚みが十分に薄く、しかも十分に高い保磁力を有することが可能な島状磁性薄膜及びその製造方法を提供することが可能となる。したがって、本発明の島状磁性薄膜は、情報の処理や記録をさせることが可能な超高密度磁気媒体等に用いる磁性薄膜として特に有用である。 As described above, according to the present invention, a magnetic thin film made of a magnetic material containing a rare earth element is formed, and an island-like structure in which isolated island particles made of the magnetic material are arranged in a discontinuous film shape is formed. In addition, it is possible to provide an island-shaped magnetic thin film capable of having a sufficiently small coercive force and a manufacturing method thereof, in which the island particles have a sufficiently small particle size, a sufficiently thin film thickness, and a sufficiently high coercive force. . Therefore, the island-shaped magnetic thin film of the present invention is particularly useful as a magnetic thin film used for an ultra-high density magnetic medium capable of processing and recording information.
Claims (7)
前記磁性薄膜形成用基板の表面温度を590℃〜670℃に保持しながら、ネオジウムと鉄とホウ素とを含有するターゲット材料をスパッタリングすることにより、
ネオジウムと鉄とホウ素とを含有する磁性材料からなる孤立した島粒子が不連続膜状に配置されてなり、前記島粒子中の前記磁性材料の結晶相がc面配向しており、前記島粒子の面内直径の平均値が40〜140nmの範囲にあり、且つ、厚みが2〜25nmの範囲にある島状磁性薄膜を、前記下地層上に成膜する工程と、
を含むことを特徴とする島状磁性薄膜の製造方法。 Forming a base layer made of a base material containing at least one of molybdenum and tantalum on a substrate made of a magnesium oxide single crystal to obtain a magnetic thin film forming substrate;
By sputtering a target material containing neodymium, iron and boron while maintaining the surface temperature of the magnetic thin film forming substrate at 590 ° C. to 670 ° C.,
Isolated island particles made of a magnetic material containing neodymium, iron and boron are arranged in a discontinuous film shape, and the crystal phase of the magnetic material in the island particles is c-plane oriented, and the island particles Forming an island-shaped magnetic thin film having an average in-plane diameter of 40 to 140 nm and a thickness of 2 to 25 nm on the underlayer;
A method for producing an island-shaped magnetic thin film comprising:
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