ナノ構造体及びそれを用いた磁気記憶材料、配線基板、アンテナ基材
【課題】基板面の垂直方向に特定の方位関係を有する非磁性成分相と強磁性体相等の異種金属相の少なくとも一方が、ナノホール内に基板の垂直方向に配列するナノ構造体を得ることを目的とする。このナノ構造体を高密度磁気記憶材料や高周波数用配線基板や多周波数対応アンテナ基材に適用する。
【解決手段】少なくとも基板面の垂直方向に対して特定の結晶方位関係を持つ非磁性成分相層と、強磁性体相の少なくとも一方が略平行又は略平行に間隔を隔てて存在する構造を有するナノ構造素子を、ナノホール内又は基板表面に形成することができる。これらのナノ構造体を用い、磁気記憶材料の高記憶密度化や高周波特性に優れた配線基板の低消費電力化、多周波対応アンテナ基材等を得ることができる。
【解決手段】少なくとも基板面の垂直方向に対して特定の結晶方位関係を持つ非磁性成分相層と、強磁性体相の少なくとも一方が略平行又は略平行に間隔を隔てて存在する構造を有するナノ構造素子を、ナノホール内又は基板表面に形成することができる。これらのナノ構造体を用い、磁気記憶材料の高記憶密度化や高周波特性に優れた配線基板の低消費電力化、多周波対応アンテナ基材等を得ることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
電子機器ならびに携帯機器に用いられるデバイス実装配線板およびメモリ素子が実装された磁気型記憶デバイスに用いられるナノ構造体および基板に関わる。
【背景技術】
【０００２】
携帯用電子機器は高性能化が進んでいるが、機器の高性能化に比例して、機器内のデバイスの小型化を進める必要がある。他方、携帯機器の高性能化に伴い、用いられるデバイスの消費電力が上昇しており、機器の供給しうる電力の限界を超えつつある。
【０００３】
これらに対して、デバイスの小型化、消費電力の低減が進められているが、デバイスとデバイスが搭載される基板のサイズファクターが一致しておらず、小型化、低消費電力化のトレンドに限界が来ている。
【０００４】
それらに対応する方法として、基板内に部品を内蔵する方法の検討が進められているが、材料特性的な問題、ならびにコスト的な目処がたっていないのが現状である。
【０００５】
携帯機器において、通信機能を利用するものにおいては、アンテナの小型化のためにアダプティブアレーアンテナが検討されているが、用いられる誘電体の誘電体損を低減することが課題となっている。誘電体損が大きいと特に高周波領域での感度が低下するため、より高周波領域において、誘電体損失の小さい材料が求められている。
【０００６】
携帯機器基板材料においても誘電体損が問題となっており、その改善に透磁率を高くして、特性インピーダンスを大きくする施策が考えられている。同時に基板内への新しい機能積載ニーズは大きく受動的機能だけではなく能動的な機能をもつ素子の内蔵化が望まれている。このような要求に答えるために、特開２００４−８７６２７に記載されているように、無機物に磁性体を混合したり、合成樹脂内に磁性体を含有させて透磁率を大きくして特性インピーダンスを増加させる方法が記載されている。
【０００７】
また、電子機器、携帯機器に搭載されている磁気記憶デバイスにおいても記録密度に限界がきており、磁気記憶メディアサイド（ハードディスクなど）側の記録密度を向上させるために、特開２０００−３１４６２に記載のナノホールに磁性体を充填することにより、垂直磁化膜として磁性媒体と利用する方法が開示されている。また、特開平１０−２８３６１８においては、電気的な書き込み読み出し可能な磁気記憶型デバイスとして規則配列したホール内に非磁性層と強磁性層を基板に垂直方向で交互に積層して磁場に応答する巨大磁気抵抗素子（以下GMR素子と記載する）が開示されている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−８７６２７
【特許文献２】特開２０００−３１４６２
【特許文献３】特開平１０−２８３６１８
【特許文献４】特開平 ６−２４３６７３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ナノホールが配列した基板のナノホール中に、少なくとも基板の垂直方向に対して特定の結晶方位関係を持つ非磁性金属相と、強磁性体相あるいは反強磁性体相とが基板の垂直方向に平行に非磁性金属中に１つ存在するか、あるいは間隔を隔てて複数個近接して存在するナノ構造体を得ることが本発明の最も重要な課題である。このような構造体を得ることができれば、垂直記憶可能な磁気記憶材料の提供や磁気記憶材料の高記憶密度化を実現でき、低消費電力で高周波特性に優れた配線基板、多周波対応アンテナ基材等を得ることが可能になる。
【００１０】
アンテナ基板およびプリント配線基板では高周波領域における特性劣化が問題となっており、基板の透磁率を向上させることが対策として検討されている。その具体的な方法として、特開２００４−８７６２７に記載されているように基板ナノ磁性体を基板に埋め込む技術は存在している。
【００１１】
しかし、磁性体を基板に埋め込んだだけでは、外部磁場の影響で容易にスピン振動がおこり、それによるエネルギー消費がなされ、高い初期透磁率を達成できない。また、磁場によるスピン反転後、スピン振動の減衰までの時間がかかり、その間に消費されるエネルギーが、周波数の高い電磁界においては無視できなくなり、大幅な誘電損失を生じる原因となっており、誘電損失の少ない基板の開発が望まれている。
【００１２】
また、メモリ素子が実装された磁気型記憶デバイスにおける磁気記憶方式としては、磁気ディスクと磁気ヘッドを組み合わせたパタンドメディアと電気的に磁気的信号のリード・ライトを行うＭＲＡＭ(磁気ランダムアクセスメモリー)などがある。
【００１３】
パタンドメディアでは、１Ｔｂ／ｉｎｃｈ２の記録密度が目指されているが、１つの記録素子のサイズを小さくすると磁化反転が起こりにくくなるため、特開２０００−３１４６２に記載のナノホールに磁性体を充填することなどによるメディア記録方向の垂直化が検討されているが、微細化によって同時に磁性粒同士の磁気的な結合が起こりやくなり、スピン反転でなだれ現象が起こり、１Ｔｂ／ｉｎｃｈ２を目指せるサイズまで微細化できる構造が実現されていないことから、磁性粒同士の時期的な結合を防止することが可能な微細磁性記憶素子からなる磁性記憶材料の開発が望まれている。
【００１４】
また、ＭＲＡＭでは、トンネル効果（ＴＭＲ効果）を使ったものと特開平１０−２８３６１８や特開平６−２４３６７３などに示されるようにGMR効果を使ったものがあるが、いずれの場合にも各素子の磁化方向が基板に平行であり、高密度化を進める上で問題がある、さらに、メモリ作動に必要なスピン反転に、電流から発生する磁界を用いるために、消費電力を下げることに限界があった。そこで、より微細化、低消費電力化に対応できるMRAMとしてスピン注入効果を利用したものも検討されているが、反転時にスピン振動によるエネルギーロスが大きく、高いスピン注入電流が必要となっているのが現状である。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明はナノホールに施した合金めっきを相分離すること等の方法により、ナノホールが配列した基板のナノホール中に、基板の垂直方向に対して特定の結晶方位関係をもつ非磁性金属相と磁性金属相の少なくとも一方が基板の垂直方向に略平行又は略平行に間隔を隔てて存在する構造を有するナノ構造体を提供するものである。これらのナノ構造体を用いて、パタンドメディアやＭＲＡＭ等に応用すると、これらの磁気記憶材料の高密度化を実現できるし、高周波特性に優れた配線基板の低消費電力化や多周波対応アンテナ基材等を得ることができる。
【００１６】
請求項1に記載の発明は、貫通孔もしくは非貫通孔が規則的に配列した基板のナノホール中に、基板の垂直方向に対して特定の結晶方位関係をもつ非磁性金属相と磁性金属相の少なくとも一方が基板の垂直方向に略平行又は略平行に間隔を隔てて存在するナノ構造体である。
【００１７】
請求項２に記載の発明は、貫通孔もしくは非貫通孔が規則的に配列した基板のナノホール中に、基板の垂直方向に対して特定の結晶方位関係をもつ非磁性金属相と強磁性金属相が、ナノホールの垂直断面内で、基板の垂直方向に略平行に交互に間隔を隔てて配列している構造を有するナノ構造体である。
【００１８】
請求項３に記載の発明は、貫通孔もしくは非貫通孔が規則的に配列した基板のナノホール中に、基板の垂直方向に対して特定の結晶方位関係をもつ非磁性金属相と強磁性金属相が、ナノホールの水平断面内で、非磁性金属相を海とし、強磁性金属相を島とするか、非磁性金属相を島とし、強磁性金属相を海とするか、又は非磁性金属相と強磁性金属相の両者が交互に配列する構造を有するかのいずれかであるナノ構造体である。
【００１９】
請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載のナノ構造体は、ナノホール内に非磁性金属相としてＣｕを含み、強磁性体として、少なくともＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｉｒのいずれか１種を含むことを特徴とするナノ構造体である。
【００２０】
請求項５に記載の発明は、基板の表層のナノホールを有する層が、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｍｏ、ＷあるいはＳｉの少なくとも１つを含有する陽極酸化皮膜層からなることを特徴する請求項１から請求項４のいずれかに記載のナノホール内に１つ又は複数の分離相を形成したことを特徴とするナノ構造体である。
【００２１】
請求項６に記載の発明は、基板の表層のナノホールを有する層がナノインプリント法により形成されたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のナノ構造体である。
【００２２】
請求項７に記載の発明は、基板の表層のナノホールを有する層が樹脂自己組織化を利用し形成した層からなることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のナノ構造体である。
【００２３】
請求項８に記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれかに記載のナノ構造体のナノ構造素子を配置する貫通孔もしくは非貫通孔の直径（相当径）が数ｎｍから５００ｎｍであることを特徴とするナノ構造体である。
【００２４】
請求項９に記載の発明は、前記基板が酸化物基板、ガラス基板、セラミックス基板、金属基板、半導体基板、プラスチック基板のいずれかからなることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載のナノ構造体である。
【００２５】
請求項１０に記載の発明は、基板が非貫通孔を有する場合に、基板上に非貫通孔を形成するためのコーティング層を設けたことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれかに記載のナノ構造体である。
【００２６】
請求項１１に記載の発明は、貫通孔もしくは非貫通孔が規則的に配列した基板のナノホール中に、基板の垂直方向に対して特定の結晶方位関係をもつ非磁性金属相と強磁性金属相の少なくとも一方が基板の垂直方向に略平行又は略平行に間隔を隔てて存在する構造を有する磁気記憶材料及び前記構造の周囲を反強磁性体相で囲った構造を有する磁気記憶材料である。
【００２７】
請求項１２に記載の発明は、貫通孔もしくは非貫通孔が規則的に配列した基板のナノホール中に、基板の垂直方向に対して特定の結晶方位関係をもつ非磁性金属相と強磁性金属相の少なくとも一方が基板の垂直方向に略平行又は略平行に間隔を隔てて存在する磁気記憶材料の周囲を強磁性体相、反強磁性体相の順に囲んだ構造の磁気記憶材料を形成した基板の磁気記憶材料の上面、下面に電極層が形成された磁気記憶材料である。
【００２８】
請求項１３に記載の発明は、請求項１１から請求項１２のいずれかに記載の磁気記憶材料は、ナノホール内の非磁性金属相としてＣｕを含み、強磁性体相を構成する元素として、少なくともＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｉｒのいずれか１種を含み、さらに、反強磁性体相を構成する元素として、少なくともＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｉｒのいずれか1種を含むことを特徴とする磁気記憶材料である。
【００２９】
請求項１４に記載の発明は、基板の表層のナノホールを有する層が、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｍｏ、ＷあるいはＳｉの少なくとも１つを含有する陽極酸化皮膜層からなること特徴とする請求項１１から請求項１３のいずれかに記載のナノホール内に１つ又は複数の分離相を形成したことを特徴とする磁気記憶材料である。
【００３０】
請求項１５に記載の発明は、基板の表層のナノホールを有する層がナノインプリント法により形成されたことを特徴とする請求項１１から請求項１３のいずれかに記載の磁気記憶材料である。
【００３１】
請求項１６に記載の発明は、基板の表層のナノホールを有する層が樹脂自己組織化を利用し形成した層からなることを特徴とする請求項１１から請求項１３のいずれかに記載の磁気記憶材料である。
【００３２】
請求項１７に記載の発明は、請求項１１から請求項１３のいずれかに記載のナノ構造素子を配置する貫通孔もしくは非貫通孔の直径（相当径）が数ｎｍから１００ｎｍであることを特徴とする磁気記憶材料である。
【００３３】
請求項１８に記載の発明は、前記基板が酸化物基板、ガラス基板、セラミックス基板、金属基板、半導体基板、プラスチック基板のいずれかからなることを特徴とする請求項１１から請求項１７のいずれかに記載の磁気記憶材料である。
【００３４】
請求項１９に記載の発明は、基板が非貫通孔を有する場合に、基板上に非貫通孔を形成するためのコーティング層を設けたことを特徴とする請求項１１から請求項１８のいずれかに記載の磁気記憶材料である。
【００３５】
請求項２０に記載の発明は、請求項１１から請求項１９に記載の磁気記憶材料を配線間に配置した配線基板である。
【００３６】
請求項２１に記載の発明は、請求項１１から請求項１９に記載の磁気記憶材料を有する多周波数対応アンテナ用基材である。
【００３７】
請求項２２に記載の発明は、請求項１から請求項１０のいずれかに記載のナノ構造体のナノ構造素子がナノホールを有しない基板表面に設けられていることを特徴とするナノ構造体である。
【００３８】
請求項２３に記載の発明は、請求項１から請求項１０のいずれかに記載のナノ構造体のナノ構造素子を基板上に形成したナノホール形成部のナノホール内に設けた後、基板を除去したことを特徴とするナノ構造体である。
【００３９】
請求項２４に記載の発明は、請求項１１から請求項１９のいずれかに記載の磁気記憶材料のナノ構造素子がナノホールを有しない基板表面に設けられていることを特徴とする磁気記憶材料である。
【００４０】
請求項２５に記載の発明は、請求項１１から請求項１９のいずれかに記載の磁気記憶材料のナノ構造素子を基板上に形成したナノホール形成部のナノホール内に設けた後、基板を除去したことを特徴とする磁気記憶材料である。
【００４１】
請求項２６に記載の発明は、請求項２０に記載のナノ構造体のナノ構造素子がナノホールを有しない基板表面に設けられていることを特徴とする配線基板である。
【００４２】
請求項２７に記載の発明は、請求項２０に記載のナノ構造体のナノ構造素子を基板上に形成したナノホール形成部のナノホール内に設けた後、基板を除去したことを特徴とする配線基板である。
【００４３】
請求項２８に記載の発明は、請求項２１に記載のナノ構造体のナノ構造素子がナノホールを有しない基板表面に設けられていることを特徴とする多周波数対応アンテナ基材である。
【００４４】
請求項２９に記載の発明は、請求項２１に記載のナノ構造体のナノ構造素子を基板上に形成したナノホール形成部のナノホール内に設けた後、基板を除去したことを特徴とする多周波数対応アンテナ基材である。
【発明の効果】
【００４５】
請求項１から請求項１０または請求項２０あるいは請求項２１のいずれかに記載されたナノ構造体およびナノ構造素子及び高周波用配線基板、多周波数対応アンテナについての本発明の効果について以下に示す。比透磁率は一般的に磁界の周波数が上昇するにつれて低下し、１００ＭＨｚを超えた領域で非常に大きく低下する。そのメカニズムとして、スピン反転時に必要な磁区移動時の共鳴現象によるエネルギーロスとスピン反転時に生じるスピン回転運動がスピン反転後も共鳴現象を起こして減衰しないことにより生じるエネルギーロスの２つの効果が考えられている。
【００４６】
上記課題を解決するために、本発明では、強磁性相と非磁性相を組み合わせて配置し、強磁性相と非磁性相の界面構造を制御して積層したナノ構造素子することによって、強磁性相内のスピンに揺らぎを非磁性相に流れる誘導電流が抑制する効果を持つことを見出した。
【００４７】
その効果が、スピン反転時に生じるスピン回転揺らぎによるエネルギー（信号）伝播ロスを低減することが可能と考えられる。スピン回転揺らぎによるエネルギーロスを低減されれば、高い透磁率が期待される。特に高周波領域におけるエネルギーロス低減効果が大きいと思われる。ナノ構造体はそれらの素子をナノ構造基板内に規則的に配列させたものである。
【００４８】
また、ナノ構造素子において強磁性体と非磁性体との界面構造に特定の結晶方位関係が要求されるのは、強磁性体近傍の界面構造が乱れていると強磁性体層の比透磁率特性、磁気異方エネルギーが大幅に低下してしまい、電磁界との相互作用力が大幅に低下するためである。強磁性体層がＬ１０構造などの規則構造をもつ場合に特に顕著になる。
【００４９】
その場合の構成元素としては、強磁性体を構成する元素としては、少なくともＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ，Ｉｒの１種を含む金属、化合物、合金等から構成される。強磁性体が、これらの元素から構成される場合に、特に、比透磁率特性および磁気異方エネルギーが高い素子が得られる。
【００５０】
強磁性体と非磁性体からなるナノ構造素子を形成するにあたって、スパッタリングなどの蒸着プロセスも有効であるが、合金めっきを施し、加熱による相分離現象を利用する方法も非常に安価なコストでできため、メリットも大きい。
【００５１】
ナノ構造素子の径については、特に規定されるものではないが、スピン反転時に生じるスピン回転揺らぎによるエネルギー（信号）伝播ロスを低減する効果が顕著である１ｎｍ〜５００ｎｍの範囲にあることが望ましい。また、磁気反転に関する安定性から、ナノ構造素子中の磁性体のアスペクト比（長さ/径）は２以上であることが望ましい。
【００５２】
ナノ構造体の構成において、ナノホールを有する層の材質や製造方法は、特に限定されるものではなく、基板についても同様に特に限定されるものではないが、例えば陽極酸化法で形成される場合には、その元の元素がＡｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ，Ｎｂ、Ｍｏ、ＷあるいはＳｉであると、規則的なナノホールパタンが形成されやすく、ナノインプリント法や樹脂の自己組織化法によって、樹脂、金属や無機材質の基板表層にナノホールを形成する方法も非常に有効である。
【００５３】
請求項１１から請求項１９のいずれかに記載された磁気記憶材料についての本発明の効果について以下に示す。強磁性層と非磁性層にさらに反強磁性層を組み合わせたナノ構造素子とし、それらを規則的に配列させることにより、記憶容量が非常に大きい磁気記憶材料を得ることができる。
【００５４】
反強磁性体層においては、強磁性体相におけるスピン反転の際、つまり情報書き換えの際に隣接するナノ構造素子のスピン回転揺らぎの誘発、つまり、ナノ素子間の磁気的な干渉を抑制する効果を持つ。この効果は、垂直磁気記憶型のパタンドメディアに応用できる。反強磁性体を構成する元素としては、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｉｒの元素等があり、反強磁性体はこれらの元素から構成される。反強磁性体としては、例えば、Ｃｒの他、規則構造を有するＭｎ−Ｎｉ、Ｍｎ−Ｐｄ、Ｍｎ−Ｐｔ、Ｍｎ−Ｐｄ−Ｐｔ系等の化合物や不規則構造のＭｎ−Ｉｒ、Ｍｎ−Ｒｈ等の化合物が知られている。その他に、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｒｈ等の化合物も用いることができる。反強磁性金属には、化学的量論組成から外れた合金を用いることもできる。尚、反強磁性体には、ＮｉＯやＣｏＯ、α―Ｆｅ２Ｏ３等の酸化物も考えられ、上記した化合物や合金に限定されるものではない。
【００５５】
上記組み合わせにおいて、反磁性体層を用いない場合においても、スピン反転型のナノ構造素子として利用することができるが、素子径が２０ｎｍをきる場合には、スピン反転の際、つまり情報書き換えの際に隣接するナノ構造素子への磁気的な干渉が起こりやすくなり、なだれ現象的なスピン反転を引き起こす可能性が高くなる。
【００５６】
基板貫通型のナノホールに形成した上記構造において、さらに、反強磁性体層と非磁性体層の間にスピン反転がピニングされる強磁性体層を設けたナノ構造素子の上面および下面に電極パターンを形成し、スピン注入が可能なスピンフィルターと組み合わせることにより、ピニングされていない強磁性体相のスピン反転によるGMR効果が期待でき、非磁性体の電気抵抗が大きく変化する効果を用いて、基板内に内蔵できるメモリやスイッチを比較的安価なプロセスで提供できると考えられる。
【００５７】
ナノ構造素子にける強磁性体と非磁性体との界面構造やその構成元素および製造プロセスについては、請求項１から９の説明において述べた理由と同一である。ナノ構造素子の径については、特に規定されるものではないが、スピン反転時に生じるスピン回転揺らぎによるエネルギー（信号）伝播ロスを低減する効果とメディアパタン密度から１ｎｍ〜１００ｎｍの範囲にあることが望ましい。
【００５８】
磁気記憶材料を構成するナノ構造体において、ナノホールを有する層の材質や製造方法においては、特に限定されるものではないが、より好ましい範囲については、請求項１から９の説明において述べた理由と同一で規定している。
【００５９】
請求項２２から請求項２９には、ナノホールを有さず、規則的に基板上にナノ構造素子を設けた場合及び基板を有さずナノホール形成部材中のナノホールにナノ構造素子を配置したナノ構造体における本発明の効果を示す。ナノ構造素子が磁気的な機能を持つ場合には、請求項２２以前に述べた発明の効果と同一であるが、ナノ構造基板を保持する基板が存在しないため、素子の上面、下面に電極を用いる場合には制約が生じる場合がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６０】
一般に、ナノ構造体は、めっきやスパッタ又は蒸着などの方法により、ナノホールに、金属、化合物あるいは半導体等をナノホールに充填し、充填した材料の種類と大きさや分布を制御することにより、電気的、磁気的、光学的、化学的、熱的性質等を発現させ、その性質を利用して、機能性素子を実現するものである。
【００６１】
本発明のナノ構造体の基本的な構成は、貫通孔もしくは非貫通孔が配列した基板のナノホール中に、基板の垂直方向に対して特定の結晶方位関係をもって、非磁性金属相と磁性金属相の少なくとも一方が基板の垂直方向に略平行又は略平行に間隔を隔てて存在する構造を有するナノ構造体を得ることができる。
【００６２】
本発明におけるナノホールは、例えば公知のナノインプリント法や陽極酸化や自己組織化等の方法により形成できる。ナノホール内への分離相の形成は、例えば、ナノホール内の所定の位置に電極を形成して電気めっきを行なった後に、熱処理により行なう。電極は、基板が導電性基板の場合には、基板又はナノホールの内壁面そのままを電極とすることができる。基板が非導電性基板の場合には、ナノホールの内壁面に導電性を付与する処理を施して電極とする。
【００６３】
電極に導電性を付与するのは、例えば無電解めっきやダイレクトプレーティング、スパッタまたは蒸着のような方法でも可能である。また、ナノホールへの金属の充填は、合金めっきにより行うことができるが、陽極としては析出させたい金属の可溶性合金陽極や合金の各成分金属を別々に用いる分離陽極などを用いることもできる。
【００６４】
〔実施例１〕
ＣｕとＣｏの複数金属の合金めっきを、錯化剤を用いて各金属の析出電位を制御した電気めっきにて行い、非磁性金属としてＣｕを、強磁性体又は反強磁生体の構成元素の代表例として、強磁性体であるＣｏを相分離させたナノ構造体の例を示す。本発明では、ナノホールの形成は公知のナノインプリンティング法により、シリコン基板上の樹脂に直径約５００ｎｍで、深さ１００ｎｍのナノホールを形成した。
【００６５】
ナノホールへの合金めっきは、電気めっきの電極として、Ｐｔ電極を陽極として、シリコン基板上に貫通孔として存在するナノホールの底部を陰極として行なった。合金めっきにより、ナノホール内に充填した合金めっき相を２５０℃×８時間の加熱処理により相分離して、Ｃｕ−５０ｍｏｌ％Ｃｏの組成を有するナノ構造体を得ることができる。
【００６６】
実施例１では、ナノ構造体の非磁性体としてはＣｕを、強磁性金属としてＣｏを用いたが、強磁性体としてＣｏ以外に、Ｆｅ、Ｎｉ又は反強磁性体を構成する元素としてＭｎ、Ｃｒ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｉｒの強磁性体金属又は反強磁性体金属のいずれか1種を用いることができる。
【００６７】
分離相の形状は、例えば、図１のようにナノホール中に充填した合金めっきを、図２のように、相分離をすることにより、ナノホールの中心に１つの分離相を形成したり、図３のようにナノホールに複数の分離相を形成するなどの種々の形態の分離相を形成することができる。また、ナノホール内に形成される分離相は、マトリックスと分離相が基板の垂直方向に対して、所定の結晶方位を有していれば良く、必ずしもその一部分がナノホールの表面に露出している必要はなく、その形状は太さが一定でない芯状等図２、図３とは異なる形状になることもある。
【００６８】
この実施例では、樹脂により基板の表面に形成したナノホールの内部にナノ構造素子を形成したが、何らかの方法により、樹脂製のナノホール形成体を除去することにより、ナノホールの内部でなく、基板表面にナノ構造素子を形成することができる。さらに、リソプリンティング法を用いて、基板表面のナノ構造素子を形成する所定位置に所定形状の電極を形成する。その電極位置に一致させてナノインプリンティングに用いるスタンパで、ナノホールを形成した樹脂製シートを配置し、電気めっきを行うことなどにより得ることができる。
【００６９】
ナノホール構造素子が基板上に形成されたナノホール形成部のナノホール内に設けられた後、基板を除去することにより、ナノホール形成部材中のナノホールに本発明のナノ構造素子を配置した基板を有しないナノ構造体が形成できる。
【００７０】
そして,このようにしてナノホールに形成した分離相はナノの構造素子として応用することができる。このナノ構造素子の機能を利用して、配線基板や磁気記憶材料、多周波数対応アンテナ基板に応用することができる。以下に本発明のナノ構造体を応用した製品についての実施例を示す。
【００７１】
［実施例２〕
低伝送損失化が可能となる高特性インピーダンス配線基板としての特性評価を行った。
本発明の配線基板となるナノ構造基材は、以下の方法で形成した。まず、電極膜を形成したＳｉ基板上に熱可塑性樹脂を用いて、ナノインプリント法で、５００ｎｍ相当径の非貫通ナノホールを平均１０００ｎｍピッチでパタン形成し、イオンエッチングによって、ナノホール底部の熱可塑性樹脂を除いた。Ｓｉ基板表面に形成した電極膜とＰｔ電極を用いて、ナノホール内をＣｕ−５０ｍｏｌ％Ｃｏ合金組成にて電気めっきで充填した。
【００７２】
フィルムへの金属素子充填率は２０ｖｏｌ％程度となった。熱可塑フィルムを剥離させ、基板に垂直電磁界が発生する状態にて２５５℃×８時間の加熱相分離処理を行い、Ｃｏ／Ｃｕ多層構造を形成したのち、エポキシ樹脂を表面に塗布、硬化させた後、超音波振動を加えて、金属素子を残しながら、Ｓｉ基板を除去し、金属素子内蔵フィルムとした。
【００７３】
図４（ａ）にはナノ金属素子、図４（ｂ）には金属素子内蔵フィルムであるナノ構造体の模式図を示す。ナノ構造、なお、透過電子顕微鏡を用いた電子線回折の結果、ナノホール内のＣｏとＣｕの間に（１００）Ｃｏ//（１００）Ｃｕ、[００１]Ｃｏ//［００１］Ｃｕの方位関係の整合関係があることが判った。
【００７４】
比較材は５００ｎｍ径のＣｏ粒子をエポキシ樹脂に分散し、１５０μｍ厚フィルム状に加工した。Ｃｏ粒子の体積分率は、単位膜あたりのＣｏ量を合わせるために１０Ｖｏｌ％とした。基板より内径４ｍｍ、外径８ｍｍのトロイダルコイルを作成し、インピーダンスメータを用いて、周波数１ｋＨｚから１ＧＨｚの周波数でインダクタンスを測定して、インピーダンス比透磁率に換算した。
【００７５】
１ｋＨｚにおけるインピーダンス比透磁率はいずれも、５０以上の値を示し、３００Ω以上の抵抗値を有する基板回路の特性インピーダンス設計に十分な比透磁率を示していた。さらに周波数依存性を調べた結果を表１に示す。
【００７６】
なお、周波数依存性については、１ｋHzにおけるインピーダンス実効透磁率との比をとることで表した。本発明Ｃｏ／Ｃｕ多層構造を形成したものにおいて、高周波領域における比透磁率の変化が小さいのに対して、Ｃｏ粒子を分散させた基板では、１００ＫＨｚで透磁率が大きく変化している。
【００７７】
高周波領域において、比較例のように比透磁率が低下すると、図４（ｃ）に示した多層配線基板として用いた場合に、特性インピーダンスの低下が起こり、信号伝送損失が増大し、同時に信号反射も起こりやすくなるので、基板としての特性は不十分であるが、本発明を基板として用いた場合には、信号周波数に対する特性インピーダンスの変化が小さく抑えられるため、基板としての特性が明らかに優れていると考えられる。
【００７８】
【表１】
[実施例３]
本発明ナノ構造体をコイル型アンテナ用基板として用いた場合の特性評価を行った。
本発明となるアンテナ用基板となるナノ構造基材は、以下の方法で形成した。まず、電極膜を形成したＳｉ基板上に熱可塑性樹脂を用いて、ナノインプリント法で５００ｎｍ相当径のナノホールを平均７００ｎｍピッチでパターン形成し、イオンエッチングによって、ナノホール底部の熱可塑性樹脂を除いた。
【００７９】
Ｓｉ基板表面に形成した電極膜とＰｔ電極を用いて、ナノホール内をＣｕ−５０ｍｏｌ％Ｃｏ合金組成にて電気めっきで充填した。フィルムへの金属素子充填率は４０ｖｏｌ％程度となった。熱可塑フィルムを剥離させ、２５５℃×８時間の加熱相分離処理で、Ｃｏ／Ｃｕ多層構造を形成したのち、エポキシ樹脂を表面に塗布、硬化させた後、超音波振動を加えて、金属素子を残しながら、Ｓｉ基板を除去し、金属素子内蔵フィルムとした。なお、透過電子顕微鏡を用いた電子線回折の結果、実施例１と同様にナノホール内のＣｏとＣｕの間に（１００）Ｃｏ//（１００）Ｃｕ、[００１]Ｃｏ//［００１］Ｃｕの方位関係の整合関係があることが判った。
【００８０】
比較材は５００ｎｍ径のＣｏ粒子をエポキシ樹脂に分散し、１５０μｍ厚フィルム状に加工した。Ｃｏ粒子の体積分率は、単位膜あたりのＣｏ量を合わせるために２０Ｖｏｌ％とした。基板より内径４ｍｍ、外径8ｍｍのトロイダルコイルを作成し、インピーダンスメータを用いて、周波数１ｋＨｚから１ＧＨｚの周波数でインダクタンスを測定して、インピーダンス比透磁率に換算した。周波数依存性については、１ｋHzにおけるインピーダンス実効透磁率との比をとることで表２に示した。
【００８１】
図５にナノ金属素子内蔵フィルムを用いてICカードアンテナとして形成した場合の模式図を示す。実効透磁率はアンテナ利得に比例しているため、実効透磁率が高く、しかも周波数依存性が小さいと、多周波数に対応できるアンテナとなるが、表２に示したように、本発明は、比透磁率の周波数依存性が非常に小さく１ＧＨｚに渡って、高い利得が期待できるが、比較例では、１ＧＨｚでは、１ＫＨｚの１／５まで低下してしまい、高周波数領域での利得の劣化が大きくなると考えられる。
【００８２】
【表２】
［実施例４］
パタンドメディアとしての特性を評価した。
ナノ構造基板はアルミ基板に陽極酸化法で、５０ｎｍ相当径で平均７０ｎｍピッチで深さ１２０ｎｍのナノホールを形成し、無電解めっき法でＣｒをシード層（反強磁性体）を５ｎｍ厚で形成し、Ｃｕ−Ｃｏナノめっきで封孔し、基板に垂直方向に電磁界がかかる環境下で加熱相分離処理を施し、外皮Ｃｒ層からなり、内部がＣｏ／Ｃｕ層状構造からなるナノパタン金属素子を形成した。
【００８３】
図６は、パタンドメディアへの応用例を示す。図６（ａ）は円板状のパタンドメディアを示し、図６（ｂ）はパタンドメディア表層部のナノ構造体の拡大図、図６（ｃ）は最外層にピニング層持つナノ機能素子、（ｄ）は最外層にピニング層を持たないナノ構造素子を示す。本発明を用いて形成したパタンドメディアの模式図を示す。Ｃｏ相のサイズは平均すると膜厚方向に２０ｎｍ、膜面方向に１０ｎｍの分布をしていることがわかった。１０nmナノホール内のＣｏとＣｕの間に（１００）Ｃｏ//（１００）Ｃｕ、[００１]Ｃｏ//［００１］Ｃｕの方位関係の整合関係があることを確認した。
【００８４】
比較例として、陽極酸化基板のナノホールを真空スパッタリング法によりＣｏ封孔処理を行った。いずれの基板も１００℃に加熱し、強磁場中で加熱した。磁気力顕微鏡（ＭＦＭ）によりアップスピンに揃った状態であることを確認した。ダウンスピン方向にスピン反転させるため、幅２００ｎｍ、厚さ５０ｎｍの垂直磁化型磁気ヘッドを厚さ方向に７０ｎｍ／μｓの速度で動かし、１ＭＨｚのパルス磁場をかけたのち、ＭＦＭにて、スピン方位を観察した。
【００８５】
その結果、本発明の基板のナノパタンでは、幅７０ｎｍ領域において、アップスピンとダウンスピンが交互に配列し、反転制御ができていたのに対し、比較例では、幅１００ｎｍ領域すべてがダウンスピンとなり、反転制御ができていなかった。本発明の素子構成によって、スピン回転時の揺らぎが抑制され、スピン反転制御に向いた構造となっていることが判る。
【００８６】
[実施例５]
基板内に内蔵できるメモリ素子としての機能を評価した。
ナノ構造基板はアルミ基板に陽極酸化法で、５０ｎｍ相当径の深さ１２０ｎｍのナノホールを平均７０ｎｍピッチで形成し、スパッタ法でＣｒ層２ｎｍ、その内層に無電解めっき法で壁面にＣｏ強磁性体層（ピニング層）平均厚さ１０ｎｍをつけ、それをシード層としてＣｕ−５０ｍｏｌ％Ｃｏめっきを施して、ナノホールを穴埋めした基板に垂直方向に電磁場がかかる環境下で加熱相分離により、めっき部のナノ素子中心部よりＣｏ相が生成し、その生成したＣｏ相の外周に非磁性Ｃｕ相からなる構造を形成した。その結果、外皮Ｃｒ層／Ｃｏ層積層からなり、内部に中心が強磁性体Ｃｏ相（フリー層）、その外周に非磁性Ｃｕ相からなるナノ構造金属素子を形成した。
【００８７】
ナノ素子上面にナノ素子間を結ぶストライプ状のＣｕ電極をスパッタ法で形成したのち、ポリイミド基板に貼り付け、アルミ基板をエッチングで除去したのち、ＣＭＰ処理で、平坦面をだし、ナノ素子が表面に現れるまで処理を行った。なお、ピニング面はアップスピン方向でスピン固定した。処理面において、ポリイミド基板側と垂直方向にナノ素子間を結ぶストライプ状のＣｕ電極をスパッタ法で形成した。
【００８８】
図７に形成されたＧＭＲ記憶素子の模式図を示す。なお、メモリとしての機能を確認するために、上面電極にスピン注入が可能なＧＭＲスピンフィルターを接続した。下面の１ラインに通電し、上面の1ラインにＧＭＲスピンフィルターと接続し、ほとんどがアップスピンからなる電子を上面電極から注入し、ＭＦＭによって観察したところ、フリー層がアップスピン向きとなった。
【００８９】
この状態で下面電極のみに電流を流したところ、上面電極への通電が確認された。ほとんどがダウンスピンからなる電子を上面電極から注入したところ、フリー層がダウンスピンとなった。この状態で下面電極のみに電流を流したところ、上面電極とはほとんど通電せず、オフ状態となっていることが判った。ナノ構造素子がスイッチ、およびメモリの働きをしていることが確認された。
【００９０】
［実施例６］
低伝送損失化が可能となる高特性インピーダンス配線基板としての特性評価を行った。
本発明となる配線基板となるナノ構造基材は、以下の方法で形成した。まず、Ｓｉ基板上にエポキシ樹脂を用いて、ナノインプリント法で、５００ｎｍ相当径の非貫通孔を平均１０００ｎｍピッチでナノホールパタン形成し、イオンエッチングによって、ナノホール底部の熱可塑性樹脂を除いた。
【００９１】
ナノホール内面に無電解めっきによってＣｕ層を設けた本発明条件とＣｕ層を設けない比較例条件を設けて、さらにイオンスパッタ法により、ホール内をＦｅＰｔ、ＦｅＰｄ、ＭｎＡｌ、ＣｏＰｔ、ＦｅＣｏ層の磁性体層の結晶構造はＬ１０構造であり、非磁性Ｃｕ層を設けたものにおいて磁性体層とＣｕ層の間に（１００）//（１００）、［００１］//［００１］の関係、つまり整合関係があることが判った。エポキシ樹脂が完全に硬化した後、超音波振動を加えて、金属素子を残しながら、Ｓｉ基板を除去し金属素子を内蔵したナノ構造金属素子フィルムとした。
【００９２】
基板より内径４ｍｍ、外径８ｍｍのトロイダルコイルを作成し、インピーダンスメータを用いて、周波数１ｋＨｚから１ＧＨｚの周波数でインダクタンスを測定して、インピーダンス比透磁率に換算した。
【００９３】
周波数依存性については、１ｋHzにおけるインピーダンス実効透磁率との比をとることで表３に示した。Ｃｕ導体層を設けた本発明では、様々な磁性体材料の組み合わせにおいても１ＧＨｚでの高周波磁場領域においても比透磁率が低下しないのに対して、非磁性導体層を設けない場合には、１ＧＨｚ領域での比透磁率の低下が著しいことが判る。
【００９４】
【表３】
【００９５】
本発明の実施例では、ナノホールは、ナノインプリンティング法と陽極酸化法により構成したが、以下に、本発明に利用できるナノホールの形成方法についてより詳細に説明する。
【００９６】
ナノホールを有する層の形成方法の代表的なものとしては、陽極酸化を利用する方法、ナノインプリント法、樹脂の自己組織化を利用した方法などがある。特開２００３−２５２９８に記載の陽極酸化皮膜を用いる方法が、特開２００４−６６４４７にはナノインプリント法が、特開２００３−３１８０１０には樹脂の自己組織化を利用した方法が記載されている。
【００９７】
先ず、陽極酸化皮膜を作る方法としては、例えば特開２００１−９８００に記載のようにＡｌの陽極酸化皮膜を1層用いてナノホールを形成する場合や特開２００３−２５２９８に記載のＡｌの陽極酸化皮膜とＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ等の陽極酸化皮膜を２層構造にする場合等がある。陽極酸化皮膜を用いる方法としては、Ａｌの陽極酸化皮膜を用いる方法が最も代表的である。Ａｌの陽極酸化皮膜を用いる方法で、形成したナノホールは、ナノホール径が数ｎｍから数百ｎｍで、数十ｎｍから数１００ｎｍの間隔で存在している。このナノホールの直径及び間隔は電流、電圧を制御することで、制御することができる。そして、このように陽極酸化により形成したナノホールに機能性素子を充填してナノ構造体を作ることができる。このように、陽極酸化法により形成したナノホールは本発明に応用できる。
【００９８】
ナノインプリンティング法の例としては、特開２００４−６６４４７に記載の方法がある。この方法は、電子ビームなどにより加工された数十から数百ｎｍサイズの凸構造パターンを有するスタンパを平坦な基板上に形成した樹脂薄膜に押圧して引き離すことで、凹凸構造パターンを形成する。さらに、樹脂薄膜の凹部を反応性イオンエッチングなどにより除去して、この樹脂層をマスクとして基板をエッチングすることで、元のスタンパと相対する凹凸を有するナノメートルサイズの構造体を形成するものである。
【００９９】
このように、ナノインプリィンティング法により形成したナノホールは本発明に応用できる。通常、この方法により作られるナノホールのサイズは、数ｎｍ以上５００ｎｍ以下が望ましい。さらに、望ましくは、数ｎｍ以上１００ｎｍ以下が素子の実装密度を高めたナノ構造体を実現するのに更に望ましい。
【０１００】
樹脂の自己組織化を利用した秩序構造有するナノホールを作る方法としては、特開２００３−３１８０１０に空気中から凝集する液滴及びその溶媒界面に析出する３相境界領域に自己集積することにより、ハニカム状のナノホール構造体を作るということが記載されている。疎水性有機溶媒が蒸発する際に潜熱を奪われ、温度が下がった溶媒表面に水が凝集して微小液滴となり、ポリマー溶液表面に付着し、ポリマー溶液の親水性部分の働きにより、水と疎水性有機溶媒の間の表面張力が減少し、水滴が凝集融合するのを防止する。溶媒蒸発と周囲からの溶媒の補填に基づく溶媒の流れにより液滴が移送・集積される。
【０１０１】
さらにこの液滴が横毛管張力により最密充填され、最後に水分が蒸発して、ポリマーが規則正しく並んだナノホール構造体ができる。樹脂の自己組織化により、形成したナノホールのサイズは、数十ｎｍから１０００ｎｍ以上のサイズものを作成することができる。本発明のナノ構造素子には、素子の実装密度を考慮すると、数十ｎｍ個のように数十ｎｍから５００ｎｍ程度が好ましい。このように、樹脂の自己組織化により形成したナノホールは本発明に応用できる。
【０１０２】
以上の他、ナノ構造体の作成技術としては、フォトリソグラフィーを始めとする電子線露光、Ｘ線露光などの微細パターン描画技術を利用した半導体加工技術を用いて作成することもできる。上記の他の形成方法であっても、所望の目的に合致する形成方法であれば、特に問題がない。
【０１０３】
ナノホールサイズの制御は、例えば、ナノインプリントに用いる凸構造のスタンパのサイズやアルマイト電流を制御することにより、本発明の請求項８、請求項１３に記載した範囲に調整することが可能になる。
【０１０４】
本発明に用いた基板の代表的なものとして、酸化物基板、石英基板等のセラミックス基板、ガラス基板、金属基板、半導体基板、プラスチック基板等を用いることができる。セラミックス基板用材料としては、シリカ、アルミナ、チタニア、チタン酸カリウムなどの金属酸化物、炭化ケイ素、窒化珪素、窒化アルミニウムなどがある。セラミックス基板は熱伝導率が高く、熱膨張率が小さいので、発熱の大きい基板に適している。ガラス基板としては、ソーダガラス、低アルカリガラス、無アルカリガラス、石英ガラス、石英などが用いられる。
【０１０５】
金属基板は、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｐｈ、Ｏｓ，Ｒｕなどの貴金属、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ，Ｃｕ等を用いることができる。半導体基板としては、単結晶や薄膜（Ｓｉ、Ｇｅ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＳｉＣ、ダイヤモンド等）、多結晶、アモルファスＳｉ及びＳｉ化合物材料が適用可能である。さらには、任意の基板上に、Ｓｉ等を主成分とする膜を、適当な方法で(抵抗過熱蒸着、ＥＢ蒸着、スパッタ、ＣＶＤ等)で成長させることができる。プラスチック基板としては、一般ポリエステルからなる一般のプラスチック基板の他に、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）やポリイミドなどのフレキシブルなフィルムを用いることができる。以上の他、特開２００３−１００５５３に記載のポリマー材料などを用いることができる。
【０１０６】
以上、本発明においては、ナノホールの孔の垂直方向と特定の方位関係を持つ、ナノホールの孔径が１ｎｍから数百ｎｍのナノ構造体を得ることができる。本発明のナノ構造体を用いれば、これを用いた磁気記憶材料、高周波特性に優れる配線基板、多周波数対応アンテナ、磁気記憶材料等が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】本発明のナノホールに合金めっきを充填した状態。
【図２】図１の合金めっきから相分離により１つの分離相を形成した状態。
【図３】図１の合金めっきから相分離により複数の分離相を形成した状態。
【図４】本発明のナノ構造体の低損失多層配線基板への応用例。（ａ）：ナノ構造素子形成前後、（ｂ）：ナノ構造体およびナノ構造素子 （ｃ）：低損失多層配線基板断面図。
【図５】ＩＣカード用アンテナ基板としての応用例。
【図６】パタンドメディアへの応用例。（ａ）：円板状のパタンドメディア、（ｂ）：ナノ構造体の拡大図、（ｃ）最外層にピニング層を持つナノ機能素子、（ｄ）最外層にピニング層を持たないナノ機能素子。
【図７】磁気型メモリへの応用例。
【符号の説明】
【０１０８】
１．ナノホール
２．樹脂
３．シリコン基板
４．合金めっき
５．マトリックス相
６．分離相
７．銅層
８．コバルト層
１１．ナノ構造基板
１２．ナノ構造素子
１３．導電体
１４．強磁性体
１５．多層配線基板〔図４（ｃ）全体〕
１７．配線回路
１８．接着剤等の絶縁層
２１：ナノ構造素子を有する基板
２２：アンテナ
２３：ICチップ
２４：ナノ構造素子
２５：強磁性相
２６：非磁性相
３１：パタンドメディア基板
３２：アルミニウム基板
３３：陽極酸化膜
３４：ナノ構造素子
３５：磁性体層
３６：導体層（非磁性体層）
３７：ピニング強磁性体層（外層：半強磁性体層/内層強磁性体層）
４１，４２：金属配線
４３：ピニング強磁性相（反強磁性金属/強磁性金属）
４４：非磁性金属
４５：強磁性金属
【技術分野】
【０００１】
電子機器ならびに携帯機器に用いられるデバイス実装配線板およびメモリ素子が実装された磁気型記憶デバイスに用いられるナノ構造体および基板に関わる。
【背景技術】
【０００２】
携帯用電子機器は高性能化が進んでいるが、機器の高性能化に比例して、機器内のデバイスの小型化を進める必要がある。他方、携帯機器の高性能化に伴い、用いられるデバイスの消費電力が上昇しており、機器の供給しうる電力の限界を超えつつある。
【０００３】
これらに対して、デバイスの小型化、消費電力の低減が進められているが、デバイスとデバイスが搭載される基板のサイズファクターが一致しておらず、小型化、低消費電力化のトレンドに限界が来ている。
【０００４】
それらに対応する方法として、基板内に部品を内蔵する方法の検討が進められているが、材料特性的な問題、ならびにコスト的な目処がたっていないのが現状である。
【０００５】
携帯機器において、通信機能を利用するものにおいては、アンテナの小型化のためにアダプティブアレーアンテナが検討されているが、用いられる誘電体の誘電体損を低減することが課題となっている。誘電体損が大きいと特に高周波領域での感度が低下するため、より高周波領域において、誘電体損失の小さい材料が求められている。
【０００６】
携帯機器基板材料においても誘電体損が問題となっており、その改善に透磁率を高くして、特性インピーダンスを大きくする施策が考えられている。同時に基板内への新しい機能積載ニーズは大きく受動的機能だけではなく能動的な機能をもつ素子の内蔵化が望まれている。このような要求に答えるために、特開２００４−８７６２７に記載されているように、無機物に磁性体を混合したり、合成樹脂内に磁性体を含有させて透磁率を大きくして特性インピーダンスを増加させる方法が記載されている。
【０００７】
また、電子機器、携帯機器に搭載されている磁気記憶デバイスにおいても記録密度に限界がきており、磁気記憶メディアサイド（ハードディスクなど）側の記録密度を向上させるために、特開２０００−３１４６２に記載のナノホールに磁性体を充填することにより、垂直磁化膜として磁性媒体と利用する方法が開示されている。また、特開平１０−２８３６１８においては、電気的な書き込み読み出し可能な磁気記憶型デバイスとして規則配列したホール内に非磁性層と強磁性層を基板に垂直方向で交互に積層して磁場に応答する巨大磁気抵抗素子（以下GMR素子と記載する）が開示されている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−８７６２７
【特許文献２】特開２０００−３１４６２
【特許文献３】特開平１０−２８３６１８
【特許文献４】特開平 ６−２４３６７３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ナノホールが配列した基板のナノホール中に、少なくとも基板の垂直方向に対して特定の結晶方位関係を持つ非磁性金属相と、強磁性体相あるいは反強磁性体相とが基板の垂直方向に平行に非磁性金属中に１つ存在するか、あるいは間隔を隔てて複数個近接して存在するナノ構造体を得ることが本発明の最も重要な課題である。このような構造体を得ることができれば、垂直記憶可能な磁気記憶材料の提供や磁気記憶材料の高記憶密度化を実現でき、低消費電力で高周波特性に優れた配線基板、多周波対応アンテナ基材等を得ることが可能になる。
【００１０】
アンテナ基板およびプリント配線基板では高周波領域における特性劣化が問題となっており、基板の透磁率を向上させることが対策として検討されている。その具体的な方法として、特開２００４−８７６２７に記載されているように基板ナノ磁性体を基板に埋め込む技術は存在している。
【００１１】
しかし、磁性体を基板に埋め込んだだけでは、外部磁場の影響で容易にスピン振動がおこり、それによるエネルギー消費がなされ、高い初期透磁率を達成できない。また、磁場によるスピン反転後、スピン振動の減衰までの時間がかかり、その間に消費されるエネルギーが、周波数の高い電磁界においては無視できなくなり、大幅な誘電損失を生じる原因となっており、誘電損失の少ない基板の開発が望まれている。
【００１２】
また、メモリ素子が実装された磁気型記憶デバイスにおける磁気記憶方式としては、磁気ディスクと磁気ヘッドを組み合わせたパタンドメディアと電気的に磁気的信号のリード・ライトを行うＭＲＡＭ(磁気ランダムアクセスメモリー)などがある。
【００１３】
パタンドメディアでは、１Ｔｂ／ｉｎｃｈ２の記録密度が目指されているが、１つの記録素子のサイズを小さくすると磁化反転が起こりにくくなるため、特開２０００−３１４６２に記載のナノホールに磁性体を充填することなどによるメディア記録方向の垂直化が検討されているが、微細化によって同時に磁性粒同士の磁気的な結合が起こりやくなり、スピン反転でなだれ現象が起こり、１Ｔｂ／ｉｎｃｈ２を目指せるサイズまで微細化できる構造が実現されていないことから、磁性粒同士の時期的な結合を防止することが可能な微細磁性記憶素子からなる磁性記憶材料の開発が望まれている。
【００１４】
また、ＭＲＡＭでは、トンネル効果（ＴＭＲ効果）を使ったものと特開平１０−２８３６１８や特開平６−２４３６７３などに示されるようにGMR効果を使ったものがあるが、いずれの場合にも各素子の磁化方向が基板に平行であり、高密度化を進める上で問題がある、さらに、メモリ作動に必要なスピン反転に、電流から発生する磁界を用いるために、消費電力を下げることに限界があった。そこで、より微細化、低消費電力化に対応できるMRAMとしてスピン注入効果を利用したものも検討されているが、反転時にスピン振動によるエネルギーロスが大きく、高いスピン注入電流が必要となっているのが現状である。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明はナノホールに施した合金めっきを相分離すること等の方法により、ナノホールが配列した基板のナノホール中に、基板の垂直方向に対して特定の結晶方位関係をもつ非磁性金属相と磁性金属相の少なくとも一方が基板の垂直方向に略平行又は略平行に間隔を隔てて存在する構造を有するナノ構造体を提供するものである。これらのナノ構造体を用いて、パタンドメディアやＭＲＡＭ等に応用すると、これらの磁気記憶材料の高密度化を実現できるし、高周波特性に優れた配線基板の低消費電力化や多周波対応アンテナ基材等を得ることができる。
【００１６】
請求項1に記載の発明は、貫通孔もしくは非貫通孔が規則的に配列した基板のナノホール中に、基板の垂直方向に対して特定の結晶方位関係をもつ非磁性金属相と磁性金属相の少なくとも一方が基板の垂直方向に略平行又は略平行に間隔を隔てて存在するナノ構造体である。
【００１７】
請求項２に記載の発明は、貫通孔もしくは非貫通孔が規則的に配列した基板のナノホール中に、基板の垂直方向に対して特定の結晶方位関係をもつ非磁性金属相と強磁性金属相が、ナノホールの垂直断面内で、基板の垂直方向に略平行に交互に間隔を隔てて配列している構造を有するナノ構造体である。
【００１８】
請求項３に記載の発明は、貫通孔もしくは非貫通孔が規則的に配列した基板のナノホール中に、基板の垂直方向に対して特定の結晶方位関係をもつ非磁性金属相と強磁性金属相が、ナノホールの水平断面内で、非磁性金属相を海とし、強磁性金属相を島とするか、非磁性金属相を島とし、強磁性金属相を海とするか、又は非磁性金属相と強磁性金属相の両者が交互に配列する構造を有するかのいずれかであるナノ構造体である。
【００１９】
請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載のナノ構造体は、ナノホール内に非磁性金属相としてＣｕを含み、強磁性体として、少なくともＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｉｒのいずれか１種を含むことを特徴とするナノ構造体である。
【００２０】
請求項５に記載の発明は、基板の表層のナノホールを有する層が、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｍｏ、ＷあるいはＳｉの少なくとも１つを含有する陽極酸化皮膜層からなることを特徴する請求項１から請求項４のいずれかに記載のナノホール内に１つ又は複数の分離相を形成したことを特徴とするナノ構造体である。
【００２１】
請求項６に記載の発明は、基板の表層のナノホールを有する層がナノインプリント法により形成されたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のナノ構造体である。
【００２２】
請求項７に記載の発明は、基板の表層のナノホールを有する層が樹脂自己組織化を利用し形成した層からなることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のナノ構造体である。
【００２３】
請求項８に記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれかに記載のナノ構造体のナノ構造素子を配置する貫通孔もしくは非貫通孔の直径（相当径）が数ｎｍから５００ｎｍであることを特徴とするナノ構造体である。
【００２４】
請求項９に記載の発明は、前記基板が酸化物基板、ガラス基板、セラミックス基板、金属基板、半導体基板、プラスチック基板のいずれかからなることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載のナノ構造体である。
【００２５】
請求項１０に記載の発明は、基板が非貫通孔を有する場合に、基板上に非貫通孔を形成するためのコーティング層を設けたことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれかに記載のナノ構造体である。
【００２６】
請求項１１に記載の発明は、貫通孔もしくは非貫通孔が規則的に配列した基板のナノホール中に、基板の垂直方向に対して特定の結晶方位関係をもつ非磁性金属相と強磁性金属相の少なくとも一方が基板の垂直方向に略平行又は略平行に間隔を隔てて存在する構造を有する磁気記憶材料及び前記構造の周囲を反強磁性体相で囲った構造を有する磁気記憶材料である。
【００２７】
請求項１２に記載の発明は、貫通孔もしくは非貫通孔が規則的に配列した基板のナノホール中に、基板の垂直方向に対して特定の結晶方位関係をもつ非磁性金属相と強磁性金属相の少なくとも一方が基板の垂直方向に略平行又は略平行に間隔を隔てて存在する磁気記憶材料の周囲を強磁性体相、反強磁性体相の順に囲んだ構造の磁気記憶材料を形成した基板の磁気記憶材料の上面、下面に電極層が形成された磁気記憶材料である。
【００２８】
請求項１３に記載の発明は、請求項１１から請求項１２のいずれかに記載の磁気記憶材料は、ナノホール内の非磁性金属相としてＣｕを含み、強磁性体相を構成する元素として、少なくともＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｉｒのいずれか１種を含み、さらに、反強磁性体相を構成する元素として、少なくともＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｉｒのいずれか1種を含むことを特徴とする磁気記憶材料である。
【００２９】
請求項１４に記載の発明は、基板の表層のナノホールを有する層が、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｍｏ、ＷあるいはＳｉの少なくとも１つを含有する陽極酸化皮膜層からなること特徴とする請求項１１から請求項１３のいずれかに記載のナノホール内に１つ又は複数の分離相を形成したことを特徴とする磁気記憶材料である。
【００３０】
請求項１５に記載の発明は、基板の表層のナノホールを有する層がナノインプリント法により形成されたことを特徴とする請求項１１から請求項１３のいずれかに記載の磁気記憶材料である。
【００３１】
請求項１６に記載の発明は、基板の表層のナノホールを有する層が樹脂自己組織化を利用し形成した層からなることを特徴とする請求項１１から請求項１３のいずれかに記載の磁気記憶材料である。
【００３２】
請求項１７に記載の発明は、請求項１１から請求項１３のいずれかに記載のナノ構造素子を配置する貫通孔もしくは非貫通孔の直径（相当径）が数ｎｍから１００ｎｍであることを特徴とする磁気記憶材料である。
【００３３】
請求項１８に記載の発明は、前記基板が酸化物基板、ガラス基板、セラミックス基板、金属基板、半導体基板、プラスチック基板のいずれかからなることを特徴とする請求項１１から請求項１７のいずれかに記載の磁気記憶材料である。
【００３４】
請求項１９に記載の発明は、基板が非貫通孔を有する場合に、基板上に非貫通孔を形成するためのコーティング層を設けたことを特徴とする請求項１１から請求項１８のいずれかに記載の磁気記憶材料である。
【００３５】
請求項２０に記載の発明は、請求項１１から請求項１９に記載の磁気記憶材料を配線間に配置した配線基板である。
【００３６】
請求項２１に記載の発明は、請求項１１から請求項１９に記載の磁気記憶材料を有する多周波数対応アンテナ用基材である。
【００３７】
請求項２２に記載の発明は、請求項１から請求項１０のいずれかに記載のナノ構造体のナノ構造素子がナノホールを有しない基板表面に設けられていることを特徴とするナノ構造体である。
【００３８】
請求項２３に記載の発明は、請求項１から請求項１０のいずれかに記載のナノ構造体のナノ構造素子を基板上に形成したナノホール形成部のナノホール内に設けた後、基板を除去したことを特徴とするナノ構造体である。
【００３９】
請求項２４に記載の発明は、請求項１１から請求項１９のいずれかに記載の磁気記憶材料のナノ構造素子がナノホールを有しない基板表面に設けられていることを特徴とする磁気記憶材料である。
【００４０】
請求項２５に記載の発明は、請求項１１から請求項１９のいずれかに記載の磁気記憶材料のナノ構造素子を基板上に形成したナノホール形成部のナノホール内に設けた後、基板を除去したことを特徴とする磁気記憶材料である。
【００４１】
請求項２６に記載の発明は、請求項２０に記載のナノ構造体のナノ構造素子がナノホールを有しない基板表面に設けられていることを特徴とする配線基板である。
【００４２】
請求項２７に記載の発明は、請求項２０に記載のナノ構造体のナノ構造素子を基板上に形成したナノホール形成部のナノホール内に設けた後、基板を除去したことを特徴とする配線基板である。
【００４３】
請求項２８に記載の発明は、請求項２１に記載のナノ構造体のナノ構造素子がナノホールを有しない基板表面に設けられていることを特徴とする多周波数対応アンテナ基材である。
【００４４】
請求項２９に記載の発明は、請求項２１に記載のナノ構造体のナノ構造素子を基板上に形成したナノホール形成部のナノホール内に設けた後、基板を除去したことを特徴とする多周波数対応アンテナ基材である。
【発明の効果】
【００４５】
請求項１から請求項１０または請求項２０あるいは請求項２１のいずれかに記載されたナノ構造体およびナノ構造素子及び高周波用配線基板、多周波数対応アンテナについての本発明の効果について以下に示す。比透磁率は一般的に磁界の周波数が上昇するにつれて低下し、１００ＭＨｚを超えた領域で非常に大きく低下する。そのメカニズムとして、スピン反転時に必要な磁区移動時の共鳴現象によるエネルギーロスとスピン反転時に生じるスピン回転運動がスピン反転後も共鳴現象を起こして減衰しないことにより生じるエネルギーロスの２つの効果が考えられている。
【００４６】
上記課題を解決するために、本発明では、強磁性相と非磁性相を組み合わせて配置し、強磁性相と非磁性相の界面構造を制御して積層したナノ構造素子することによって、強磁性相内のスピンに揺らぎを非磁性相に流れる誘導電流が抑制する効果を持つことを見出した。
【００４７】
その効果が、スピン反転時に生じるスピン回転揺らぎによるエネルギー（信号）伝播ロスを低減することが可能と考えられる。スピン回転揺らぎによるエネルギーロスを低減されれば、高い透磁率が期待される。特に高周波領域におけるエネルギーロス低減効果が大きいと思われる。ナノ構造体はそれらの素子をナノ構造基板内に規則的に配列させたものである。
【００４８】
また、ナノ構造素子において強磁性体と非磁性体との界面構造に特定の結晶方位関係が要求されるのは、強磁性体近傍の界面構造が乱れていると強磁性体層の比透磁率特性、磁気異方エネルギーが大幅に低下してしまい、電磁界との相互作用力が大幅に低下するためである。強磁性体層がＬ１０構造などの規則構造をもつ場合に特に顕著になる。
【００４９】
その場合の構成元素としては、強磁性体を構成する元素としては、少なくともＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ，Ｉｒの１種を含む金属、化合物、合金等から構成される。強磁性体が、これらの元素から構成される場合に、特に、比透磁率特性および磁気異方エネルギーが高い素子が得られる。
【００５０】
強磁性体と非磁性体からなるナノ構造素子を形成するにあたって、スパッタリングなどの蒸着プロセスも有効であるが、合金めっきを施し、加熱による相分離現象を利用する方法も非常に安価なコストでできため、メリットも大きい。
【００５１】
ナノ構造素子の径については、特に規定されるものではないが、スピン反転時に生じるスピン回転揺らぎによるエネルギー（信号）伝播ロスを低減する効果が顕著である１ｎｍ〜５００ｎｍの範囲にあることが望ましい。また、磁気反転に関する安定性から、ナノ構造素子中の磁性体のアスペクト比（長さ/径）は２以上であることが望ましい。
【００５２】
ナノ構造体の構成において、ナノホールを有する層の材質や製造方法は、特に限定されるものではなく、基板についても同様に特に限定されるものではないが、例えば陽極酸化法で形成される場合には、その元の元素がＡｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ，Ｎｂ、Ｍｏ、ＷあるいはＳｉであると、規則的なナノホールパタンが形成されやすく、ナノインプリント法や樹脂の自己組織化法によって、樹脂、金属や無機材質の基板表層にナノホールを形成する方法も非常に有効である。
【００５３】
請求項１１から請求項１９のいずれかに記載された磁気記憶材料についての本発明の効果について以下に示す。強磁性層と非磁性層にさらに反強磁性層を組み合わせたナノ構造素子とし、それらを規則的に配列させることにより、記憶容量が非常に大きい磁気記憶材料を得ることができる。
【００５４】
反強磁性体層においては、強磁性体相におけるスピン反転の際、つまり情報書き換えの際に隣接するナノ構造素子のスピン回転揺らぎの誘発、つまり、ナノ素子間の磁気的な干渉を抑制する効果を持つ。この効果は、垂直磁気記憶型のパタンドメディアに応用できる。反強磁性体を構成する元素としては、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｉｒの元素等があり、反強磁性体はこれらの元素から構成される。反強磁性体としては、例えば、Ｃｒの他、規則構造を有するＭｎ−Ｎｉ、Ｍｎ−Ｐｄ、Ｍｎ−Ｐｔ、Ｍｎ−Ｐｄ−Ｐｔ系等の化合物や不規則構造のＭｎ−Ｉｒ、Ｍｎ−Ｒｈ等の化合物が知られている。その他に、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｒｈ等の化合物も用いることができる。反強磁性金属には、化学的量論組成から外れた合金を用いることもできる。尚、反強磁性体には、ＮｉＯやＣｏＯ、α―Ｆｅ２Ｏ３等の酸化物も考えられ、上記した化合物や合金に限定されるものではない。
【００５５】
上記組み合わせにおいて、反磁性体層を用いない場合においても、スピン反転型のナノ構造素子として利用することができるが、素子径が２０ｎｍをきる場合には、スピン反転の際、つまり情報書き換えの際に隣接するナノ構造素子への磁気的な干渉が起こりやすくなり、なだれ現象的なスピン反転を引き起こす可能性が高くなる。
【００５６】
基板貫通型のナノホールに形成した上記構造において、さらに、反強磁性体層と非磁性体層の間にスピン反転がピニングされる強磁性体層を設けたナノ構造素子の上面および下面に電極パターンを形成し、スピン注入が可能なスピンフィルターと組み合わせることにより、ピニングされていない強磁性体相のスピン反転によるGMR効果が期待でき、非磁性体の電気抵抗が大きく変化する効果を用いて、基板内に内蔵できるメモリやスイッチを比較的安価なプロセスで提供できると考えられる。
【００５７】
ナノ構造素子にける強磁性体と非磁性体との界面構造やその構成元素および製造プロセスについては、請求項１から９の説明において述べた理由と同一である。ナノ構造素子の径については、特に規定されるものではないが、スピン反転時に生じるスピン回転揺らぎによるエネルギー（信号）伝播ロスを低減する効果とメディアパタン密度から１ｎｍ〜１００ｎｍの範囲にあることが望ましい。
【００５８】
磁気記憶材料を構成するナノ構造体において、ナノホールを有する層の材質や製造方法においては、特に限定されるものではないが、より好ましい範囲については、請求項１から９の説明において述べた理由と同一で規定している。
【００５９】
請求項２２から請求項２９には、ナノホールを有さず、規則的に基板上にナノ構造素子を設けた場合及び基板を有さずナノホール形成部材中のナノホールにナノ構造素子を配置したナノ構造体における本発明の効果を示す。ナノ構造素子が磁気的な機能を持つ場合には、請求項２２以前に述べた発明の効果と同一であるが、ナノ構造基板を保持する基板が存在しないため、素子の上面、下面に電極を用いる場合には制約が生じる場合がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６０】
一般に、ナノ構造体は、めっきやスパッタ又は蒸着などの方法により、ナノホールに、金属、化合物あるいは半導体等をナノホールに充填し、充填した材料の種類と大きさや分布を制御することにより、電気的、磁気的、光学的、化学的、熱的性質等を発現させ、その性質を利用して、機能性素子を実現するものである。
【００６１】
本発明のナノ構造体の基本的な構成は、貫通孔もしくは非貫通孔が配列した基板のナノホール中に、基板の垂直方向に対して特定の結晶方位関係をもって、非磁性金属相と磁性金属相の少なくとも一方が基板の垂直方向に略平行又は略平行に間隔を隔てて存在する構造を有するナノ構造体を得ることができる。
【００６２】
本発明におけるナノホールは、例えば公知のナノインプリント法や陽極酸化や自己組織化等の方法により形成できる。ナノホール内への分離相の形成は、例えば、ナノホール内の所定の位置に電極を形成して電気めっきを行なった後に、熱処理により行なう。電極は、基板が導電性基板の場合には、基板又はナノホールの内壁面そのままを電極とすることができる。基板が非導電性基板の場合には、ナノホールの内壁面に導電性を付与する処理を施して電極とする。
【００６３】
電極に導電性を付与するのは、例えば無電解めっきやダイレクトプレーティング、スパッタまたは蒸着のような方法でも可能である。また、ナノホールへの金属の充填は、合金めっきにより行うことができるが、陽極としては析出させたい金属の可溶性合金陽極や合金の各成分金属を別々に用いる分離陽極などを用いることもできる。
【００６４】
〔実施例１〕
ＣｕとＣｏの複数金属の合金めっきを、錯化剤を用いて各金属の析出電位を制御した電気めっきにて行い、非磁性金属としてＣｕを、強磁性体又は反強磁生体の構成元素の代表例として、強磁性体であるＣｏを相分離させたナノ構造体の例を示す。本発明では、ナノホールの形成は公知のナノインプリンティング法により、シリコン基板上の樹脂に直径約５００ｎｍで、深さ１００ｎｍのナノホールを形成した。
【００６５】
ナノホールへの合金めっきは、電気めっきの電極として、Ｐｔ電極を陽極として、シリコン基板上に貫通孔として存在するナノホールの底部を陰極として行なった。合金めっきにより、ナノホール内に充填した合金めっき相を２５０℃×８時間の加熱処理により相分離して、Ｃｕ−５０ｍｏｌ％Ｃｏの組成を有するナノ構造体を得ることができる。
【００６６】
実施例１では、ナノ構造体の非磁性体としてはＣｕを、強磁性金属としてＣｏを用いたが、強磁性体としてＣｏ以外に、Ｆｅ、Ｎｉ又は反強磁性体を構成する元素としてＭｎ、Ｃｒ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｉｒの強磁性体金属又は反強磁性体金属のいずれか1種を用いることができる。
【００６７】
分離相の形状は、例えば、図１のようにナノホール中に充填した合金めっきを、図２のように、相分離をすることにより、ナノホールの中心に１つの分離相を形成したり、図３のようにナノホールに複数の分離相を形成するなどの種々の形態の分離相を形成することができる。また、ナノホール内に形成される分離相は、マトリックスと分離相が基板の垂直方向に対して、所定の結晶方位を有していれば良く、必ずしもその一部分がナノホールの表面に露出している必要はなく、その形状は太さが一定でない芯状等図２、図３とは異なる形状になることもある。
【００６８】
この実施例では、樹脂により基板の表面に形成したナノホールの内部にナノ構造素子を形成したが、何らかの方法により、樹脂製のナノホール形成体を除去することにより、ナノホールの内部でなく、基板表面にナノ構造素子を形成することができる。さらに、リソプリンティング法を用いて、基板表面のナノ構造素子を形成する所定位置に所定形状の電極を形成する。その電極位置に一致させてナノインプリンティングに用いるスタンパで、ナノホールを形成した樹脂製シートを配置し、電気めっきを行うことなどにより得ることができる。
【００６９】
ナノホール構造素子が基板上に形成されたナノホール形成部のナノホール内に設けられた後、基板を除去することにより、ナノホール形成部材中のナノホールに本発明のナノ構造素子を配置した基板を有しないナノ構造体が形成できる。
【００７０】
そして,このようにしてナノホールに形成した分離相はナノの構造素子として応用することができる。このナノ構造素子の機能を利用して、配線基板や磁気記憶材料、多周波数対応アンテナ基板に応用することができる。以下に本発明のナノ構造体を応用した製品についての実施例を示す。
【００７１】
［実施例２〕
低伝送損失化が可能となる高特性インピーダンス配線基板としての特性評価を行った。
本発明の配線基板となるナノ構造基材は、以下の方法で形成した。まず、電極膜を形成したＳｉ基板上に熱可塑性樹脂を用いて、ナノインプリント法で、５００ｎｍ相当径の非貫通ナノホールを平均１０００ｎｍピッチでパタン形成し、イオンエッチングによって、ナノホール底部の熱可塑性樹脂を除いた。Ｓｉ基板表面に形成した電極膜とＰｔ電極を用いて、ナノホール内をＣｕ−５０ｍｏｌ％Ｃｏ合金組成にて電気めっきで充填した。
【００７２】
フィルムへの金属素子充填率は２０ｖｏｌ％程度となった。熱可塑フィルムを剥離させ、基板に垂直電磁界が発生する状態にて２５５℃×８時間の加熱相分離処理を行い、Ｃｏ／Ｃｕ多層構造を形成したのち、エポキシ樹脂を表面に塗布、硬化させた後、超音波振動を加えて、金属素子を残しながら、Ｓｉ基板を除去し、金属素子内蔵フィルムとした。
【００７３】
図４（ａ）にはナノ金属素子、図４（ｂ）には金属素子内蔵フィルムであるナノ構造体の模式図を示す。ナノ構造、なお、透過電子顕微鏡を用いた電子線回折の結果、ナノホール内のＣｏとＣｕの間に（１００）Ｃｏ//（１００）Ｃｕ、[００１]Ｃｏ//［００１］Ｃｕの方位関係の整合関係があることが判った。
【００７４】
比較材は５００ｎｍ径のＣｏ粒子をエポキシ樹脂に分散し、１５０μｍ厚フィルム状に加工した。Ｃｏ粒子の体積分率は、単位膜あたりのＣｏ量を合わせるために１０Ｖｏｌ％とした。基板より内径４ｍｍ、外径８ｍｍのトロイダルコイルを作成し、インピーダンスメータを用いて、周波数１ｋＨｚから１ＧＨｚの周波数でインダクタンスを測定して、インピーダンス比透磁率に換算した。
【００７５】
１ｋＨｚにおけるインピーダンス比透磁率はいずれも、５０以上の値を示し、３００Ω以上の抵抗値を有する基板回路の特性インピーダンス設計に十分な比透磁率を示していた。さらに周波数依存性を調べた結果を表１に示す。
【００７６】
なお、周波数依存性については、１ｋHzにおけるインピーダンス実効透磁率との比をとることで表した。本発明Ｃｏ／Ｃｕ多層構造を形成したものにおいて、高周波領域における比透磁率の変化が小さいのに対して、Ｃｏ粒子を分散させた基板では、１００ＫＨｚで透磁率が大きく変化している。
【００７７】
高周波領域において、比較例のように比透磁率が低下すると、図４（ｃ）に示した多層配線基板として用いた場合に、特性インピーダンスの低下が起こり、信号伝送損失が増大し、同時に信号反射も起こりやすくなるので、基板としての特性は不十分であるが、本発明を基板として用いた場合には、信号周波数に対する特性インピーダンスの変化が小さく抑えられるため、基板としての特性が明らかに優れていると考えられる。
【００７８】
【表１】
[実施例３]
本発明ナノ構造体をコイル型アンテナ用基板として用いた場合の特性評価を行った。
本発明となるアンテナ用基板となるナノ構造基材は、以下の方法で形成した。まず、電極膜を形成したＳｉ基板上に熱可塑性樹脂を用いて、ナノインプリント法で５００ｎｍ相当径のナノホールを平均７００ｎｍピッチでパターン形成し、イオンエッチングによって、ナノホール底部の熱可塑性樹脂を除いた。
【００７９】
Ｓｉ基板表面に形成した電極膜とＰｔ電極を用いて、ナノホール内をＣｕ−５０ｍｏｌ％Ｃｏ合金組成にて電気めっきで充填した。フィルムへの金属素子充填率は４０ｖｏｌ％程度となった。熱可塑フィルムを剥離させ、２５５℃×８時間の加熱相分離処理で、Ｃｏ／Ｃｕ多層構造を形成したのち、エポキシ樹脂を表面に塗布、硬化させた後、超音波振動を加えて、金属素子を残しながら、Ｓｉ基板を除去し、金属素子内蔵フィルムとした。なお、透過電子顕微鏡を用いた電子線回折の結果、実施例１と同様にナノホール内のＣｏとＣｕの間に（１００）Ｃｏ//（１００）Ｃｕ、[００１]Ｃｏ//［００１］Ｃｕの方位関係の整合関係があることが判った。
【００８０】
比較材は５００ｎｍ径のＣｏ粒子をエポキシ樹脂に分散し、１５０μｍ厚フィルム状に加工した。Ｃｏ粒子の体積分率は、単位膜あたりのＣｏ量を合わせるために２０Ｖｏｌ％とした。基板より内径４ｍｍ、外径8ｍｍのトロイダルコイルを作成し、インピーダンスメータを用いて、周波数１ｋＨｚから１ＧＨｚの周波数でインダクタンスを測定して、インピーダンス比透磁率に換算した。周波数依存性については、１ｋHzにおけるインピーダンス実効透磁率との比をとることで表２に示した。
【００８１】
図５にナノ金属素子内蔵フィルムを用いてICカードアンテナとして形成した場合の模式図を示す。実効透磁率はアンテナ利得に比例しているため、実効透磁率が高く、しかも周波数依存性が小さいと、多周波数に対応できるアンテナとなるが、表２に示したように、本発明は、比透磁率の周波数依存性が非常に小さく１ＧＨｚに渡って、高い利得が期待できるが、比較例では、１ＧＨｚでは、１ＫＨｚの１／５まで低下してしまい、高周波数領域での利得の劣化が大きくなると考えられる。
【００８２】
【表２】
［実施例４］
パタンドメディアとしての特性を評価した。
ナノ構造基板はアルミ基板に陽極酸化法で、５０ｎｍ相当径で平均７０ｎｍピッチで深さ１２０ｎｍのナノホールを形成し、無電解めっき法でＣｒをシード層（反強磁性体）を５ｎｍ厚で形成し、Ｃｕ−Ｃｏナノめっきで封孔し、基板に垂直方向に電磁界がかかる環境下で加熱相分離処理を施し、外皮Ｃｒ層からなり、内部がＣｏ／Ｃｕ層状構造からなるナノパタン金属素子を形成した。
【００８３】
図６は、パタンドメディアへの応用例を示す。図６（ａ）は円板状のパタンドメディアを示し、図６（ｂ）はパタンドメディア表層部のナノ構造体の拡大図、図６（ｃ）は最外層にピニング層持つナノ機能素子、（ｄ）は最外層にピニング層を持たないナノ構造素子を示す。本発明を用いて形成したパタンドメディアの模式図を示す。Ｃｏ相のサイズは平均すると膜厚方向に２０ｎｍ、膜面方向に１０ｎｍの分布をしていることがわかった。１０nmナノホール内のＣｏとＣｕの間に（１００）Ｃｏ//（１００）Ｃｕ、[００１]Ｃｏ//［００１］Ｃｕの方位関係の整合関係があることを確認した。
【００８４】
比較例として、陽極酸化基板のナノホールを真空スパッタリング法によりＣｏ封孔処理を行った。いずれの基板も１００℃に加熱し、強磁場中で加熱した。磁気力顕微鏡（ＭＦＭ）によりアップスピンに揃った状態であることを確認した。ダウンスピン方向にスピン反転させるため、幅２００ｎｍ、厚さ５０ｎｍの垂直磁化型磁気ヘッドを厚さ方向に７０ｎｍ／μｓの速度で動かし、１ＭＨｚのパルス磁場をかけたのち、ＭＦＭにて、スピン方位を観察した。
【００８５】
その結果、本発明の基板のナノパタンでは、幅７０ｎｍ領域において、アップスピンとダウンスピンが交互に配列し、反転制御ができていたのに対し、比較例では、幅１００ｎｍ領域すべてがダウンスピンとなり、反転制御ができていなかった。本発明の素子構成によって、スピン回転時の揺らぎが抑制され、スピン反転制御に向いた構造となっていることが判る。
【００８６】
[実施例５]
基板内に内蔵できるメモリ素子としての機能を評価した。
ナノ構造基板はアルミ基板に陽極酸化法で、５０ｎｍ相当径の深さ１２０ｎｍのナノホールを平均７０ｎｍピッチで形成し、スパッタ法でＣｒ層２ｎｍ、その内層に無電解めっき法で壁面にＣｏ強磁性体層（ピニング層）平均厚さ１０ｎｍをつけ、それをシード層としてＣｕ−５０ｍｏｌ％Ｃｏめっきを施して、ナノホールを穴埋めした基板に垂直方向に電磁場がかかる環境下で加熱相分離により、めっき部のナノ素子中心部よりＣｏ相が生成し、その生成したＣｏ相の外周に非磁性Ｃｕ相からなる構造を形成した。その結果、外皮Ｃｒ層／Ｃｏ層積層からなり、内部に中心が強磁性体Ｃｏ相（フリー層）、その外周に非磁性Ｃｕ相からなるナノ構造金属素子を形成した。
【００８７】
ナノ素子上面にナノ素子間を結ぶストライプ状のＣｕ電極をスパッタ法で形成したのち、ポリイミド基板に貼り付け、アルミ基板をエッチングで除去したのち、ＣＭＰ処理で、平坦面をだし、ナノ素子が表面に現れるまで処理を行った。なお、ピニング面はアップスピン方向でスピン固定した。処理面において、ポリイミド基板側と垂直方向にナノ素子間を結ぶストライプ状のＣｕ電極をスパッタ法で形成した。
【００８８】
図７に形成されたＧＭＲ記憶素子の模式図を示す。なお、メモリとしての機能を確認するために、上面電極にスピン注入が可能なＧＭＲスピンフィルターを接続した。下面の１ラインに通電し、上面の1ラインにＧＭＲスピンフィルターと接続し、ほとんどがアップスピンからなる電子を上面電極から注入し、ＭＦＭによって観察したところ、フリー層がアップスピン向きとなった。
【００８９】
この状態で下面電極のみに電流を流したところ、上面電極への通電が確認された。ほとんどがダウンスピンからなる電子を上面電極から注入したところ、フリー層がダウンスピンとなった。この状態で下面電極のみに電流を流したところ、上面電極とはほとんど通電せず、オフ状態となっていることが判った。ナノ構造素子がスイッチ、およびメモリの働きをしていることが確認された。
【００９０】
［実施例６］
低伝送損失化が可能となる高特性インピーダンス配線基板としての特性評価を行った。
本発明となる配線基板となるナノ構造基材は、以下の方法で形成した。まず、Ｓｉ基板上にエポキシ樹脂を用いて、ナノインプリント法で、５００ｎｍ相当径の非貫通孔を平均１０００ｎｍピッチでナノホールパタン形成し、イオンエッチングによって、ナノホール底部の熱可塑性樹脂を除いた。
【００９１】
ナノホール内面に無電解めっきによってＣｕ層を設けた本発明条件とＣｕ層を設けない比較例条件を設けて、さらにイオンスパッタ法により、ホール内をＦｅＰｔ、ＦｅＰｄ、ＭｎＡｌ、ＣｏＰｔ、ＦｅＣｏ層の磁性体層の結晶構造はＬ１０構造であり、非磁性Ｃｕ層を設けたものにおいて磁性体層とＣｕ層の間に（１００）//（１００）、［００１］//［００１］の関係、つまり整合関係があることが判った。エポキシ樹脂が完全に硬化した後、超音波振動を加えて、金属素子を残しながら、Ｓｉ基板を除去し金属素子を内蔵したナノ構造金属素子フィルムとした。
【００９２】
基板より内径４ｍｍ、外径８ｍｍのトロイダルコイルを作成し、インピーダンスメータを用いて、周波数１ｋＨｚから１ＧＨｚの周波数でインダクタンスを測定して、インピーダンス比透磁率に換算した。
【００９３】
周波数依存性については、１ｋHzにおけるインピーダンス実効透磁率との比をとることで表３に示した。Ｃｕ導体層を設けた本発明では、様々な磁性体材料の組み合わせにおいても１ＧＨｚでの高周波磁場領域においても比透磁率が低下しないのに対して、非磁性導体層を設けない場合には、１ＧＨｚ領域での比透磁率の低下が著しいことが判る。
【００９４】
【表３】
【００９５】
本発明の実施例では、ナノホールは、ナノインプリンティング法と陽極酸化法により構成したが、以下に、本発明に利用できるナノホールの形成方法についてより詳細に説明する。
【００９６】
ナノホールを有する層の形成方法の代表的なものとしては、陽極酸化を利用する方法、ナノインプリント法、樹脂の自己組織化を利用した方法などがある。特開２００３−２５２９８に記載の陽極酸化皮膜を用いる方法が、特開２００４−６６４４７にはナノインプリント法が、特開２００３−３１８０１０には樹脂の自己組織化を利用した方法が記載されている。
【００９７】
先ず、陽極酸化皮膜を作る方法としては、例えば特開２００１−９８００に記載のようにＡｌの陽極酸化皮膜を1層用いてナノホールを形成する場合や特開２００３−２５２９８に記載のＡｌの陽極酸化皮膜とＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ等の陽極酸化皮膜を２層構造にする場合等がある。陽極酸化皮膜を用いる方法としては、Ａｌの陽極酸化皮膜を用いる方法が最も代表的である。Ａｌの陽極酸化皮膜を用いる方法で、形成したナノホールは、ナノホール径が数ｎｍから数百ｎｍで、数十ｎｍから数１００ｎｍの間隔で存在している。このナノホールの直径及び間隔は電流、電圧を制御することで、制御することができる。そして、このように陽極酸化により形成したナノホールに機能性素子を充填してナノ構造体を作ることができる。このように、陽極酸化法により形成したナノホールは本発明に応用できる。
【００９８】
ナノインプリンティング法の例としては、特開２００４−６６４４７に記載の方法がある。この方法は、電子ビームなどにより加工された数十から数百ｎｍサイズの凸構造パターンを有するスタンパを平坦な基板上に形成した樹脂薄膜に押圧して引き離すことで、凹凸構造パターンを形成する。さらに、樹脂薄膜の凹部を反応性イオンエッチングなどにより除去して、この樹脂層をマスクとして基板をエッチングすることで、元のスタンパと相対する凹凸を有するナノメートルサイズの構造体を形成するものである。
【００９９】
このように、ナノインプリィンティング法により形成したナノホールは本発明に応用できる。通常、この方法により作られるナノホールのサイズは、数ｎｍ以上５００ｎｍ以下が望ましい。さらに、望ましくは、数ｎｍ以上１００ｎｍ以下が素子の実装密度を高めたナノ構造体を実現するのに更に望ましい。
【０１００】
樹脂の自己組織化を利用した秩序構造有するナノホールを作る方法としては、特開２００３−３１８０１０に空気中から凝集する液滴及びその溶媒界面に析出する３相境界領域に自己集積することにより、ハニカム状のナノホール構造体を作るということが記載されている。疎水性有機溶媒が蒸発する際に潜熱を奪われ、温度が下がった溶媒表面に水が凝集して微小液滴となり、ポリマー溶液表面に付着し、ポリマー溶液の親水性部分の働きにより、水と疎水性有機溶媒の間の表面張力が減少し、水滴が凝集融合するのを防止する。溶媒蒸発と周囲からの溶媒の補填に基づく溶媒の流れにより液滴が移送・集積される。
【０１０１】
さらにこの液滴が横毛管張力により最密充填され、最後に水分が蒸発して、ポリマーが規則正しく並んだナノホール構造体ができる。樹脂の自己組織化により、形成したナノホールのサイズは、数十ｎｍから１０００ｎｍ以上のサイズものを作成することができる。本発明のナノ構造素子には、素子の実装密度を考慮すると、数十ｎｍ個のように数十ｎｍから５００ｎｍ程度が好ましい。このように、樹脂の自己組織化により形成したナノホールは本発明に応用できる。
【０１０２】
以上の他、ナノ構造体の作成技術としては、フォトリソグラフィーを始めとする電子線露光、Ｘ線露光などの微細パターン描画技術を利用した半導体加工技術を用いて作成することもできる。上記の他の形成方法であっても、所望の目的に合致する形成方法であれば、特に問題がない。
【０１０３】
ナノホールサイズの制御は、例えば、ナノインプリントに用いる凸構造のスタンパのサイズやアルマイト電流を制御することにより、本発明の請求項８、請求項１３に記載した範囲に調整することが可能になる。
【０１０４】
本発明に用いた基板の代表的なものとして、酸化物基板、石英基板等のセラミックス基板、ガラス基板、金属基板、半導体基板、プラスチック基板等を用いることができる。セラミックス基板用材料としては、シリカ、アルミナ、チタニア、チタン酸カリウムなどの金属酸化物、炭化ケイ素、窒化珪素、窒化アルミニウムなどがある。セラミックス基板は熱伝導率が高く、熱膨張率が小さいので、発熱の大きい基板に適している。ガラス基板としては、ソーダガラス、低アルカリガラス、無アルカリガラス、石英ガラス、石英などが用いられる。
【０１０５】
金属基板は、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｐｈ、Ｏｓ，Ｒｕなどの貴金属、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ，Ｃｕ等を用いることができる。半導体基板としては、単結晶や薄膜（Ｓｉ、Ｇｅ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＳｉＣ、ダイヤモンド等）、多結晶、アモルファスＳｉ及びＳｉ化合物材料が適用可能である。さらには、任意の基板上に、Ｓｉ等を主成分とする膜を、適当な方法で(抵抗過熱蒸着、ＥＢ蒸着、スパッタ、ＣＶＤ等)で成長させることができる。プラスチック基板としては、一般ポリエステルからなる一般のプラスチック基板の他に、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）やポリイミドなどのフレキシブルなフィルムを用いることができる。以上の他、特開２００３−１００５５３に記載のポリマー材料などを用いることができる。
【０１０６】
以上、本発明においては、ナノホールの孔の垂直方向と特定の方位関係を持つ、ナノホールの孔径が１ｎｍから数百ｎｍのナノ構造体を得ることができる。本発明のナノ構造体を用いれば、これを用いた磁気記憶材料、高周波特性に優れる配線基板、多周波数対応アンテナ、磁気記憶材料等が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】本発明のナノホールに合金めっきを充填した状態。
【図２】図１の合金めっきから相分離により１つの分離相を形成した状態。
【図３】図１の合金めっきから相分離により複数の分離相を形成した状態。
【図４】本発明のナノ構造体の低損失多層配線基板への応用例。（ａ）：ナノ構造素子形成前後、（ｂ）：ナノ構造体およびナノ構造素子 （ｃ）：低損失多層配線基板断面図。
【図５】ＩＣカード用アンテナ基板としての応用例。
【図６】パタンドメディアへの応用例。（ａ）：円板状のパタンドメディア、（ｂ）：ナノ構造体の拡大図、（ｃ）最外層にピニング層を持つナノ機能素子、（ｄ）最外層にピニング層を持たないナノ機能素子。
【図７】磁気型メモリへの応用例。
【符号の説明】
【０１０８】
１．ナノホール
２．樹脂
３．シリコン基板
４．合金めっき
５．マトリックス相
６．分離相
７．銅層
８．コバルト層
１１．ナノ構造基板
１２．ナノ構造素子
１３．導電体
１４．強磁性体
１５．多層配線基板〔図４（ｃ）全体〕
１７．配線回路
１８．接着剤等の絶縁層
２１：ナノ構造素子を有する基板
２２：アンテナ
２３：ICチップ
２４：ナノ構造素子
２５：強磁性相
２６：非磁性相
３１：パタンドメディア基板
３２：アルミニウム基板
３３：陽極酸化膜
３４：ナノ構造素子
３５：磁性体層
３６：導体層（非磁性体層）
３７：ピニング強磁性体層（外層：半強磁性体層/内層強磁性体層）
４１，４２：金属配線
４３：ピニング強磁性相（反強磁性金属/強磁性金属）
４４：非磁性金属
４５：強磁性金属
【特許請求の範囲】
【請求項１】
貫通孔もしくは非貫通孔が規則的に配列した基板のナノホール中に、基板の垂直方向に対して特定の結晶方位関係をもつ非磁性金属相と磁性金属相の少なくとも一方が基板の垂直方向に略平行又は略平行に間隔を隔てて存在するナノ構造体。
【請求項２】
貫通孔もしくは非貫通孔が規則的に配列した基板のナノホール中に、基板の垂直方向に対して特定の結晶方位関係をもつ非磁性金属相と強磁性金属相が、ナノホールの垂直断面内で、基板の垂直方向に略平行に交互に間隔を隔てて配列している構造を有するナノ構造体。
【請求項３】
貫通孔もしくは非貫通孔が規則的に配列した基板のナノホール中に、基板の垂直方向に対して特定の結晶方位関係をもつ非磁性金属相と強磁性金属相が、ナノホールの水平断面内で、非磁性金属相を海とし、強磁性金属相を島とするか、非磁性金属相を島とし、強磁性金属相を海とするか、又は非磁性金属相と強磁性金属相の両者が交互に配列する構造を有するかのいずれかであるナノ構造体。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載のナノ構造体は、ナノホール内に非磁性金属相としてＣｕを含み、強磁性体として、少なくともＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｉｒのいずれか１種を含むことを特徴とするナノ構造体。
【請求項５】
基板の表層のナノホールを有する層が、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｍｏ、ＷあるいはＳｉの少なくとも１つを含有する陽極酸化皮膜層からなることを特徴する請求項１から請求項４のいずれかに記載のナノホール内に１つ又は複数の分離相を形成したことを特徴とするナノ構造体。
【請求項６】
基板の表層のナノホールを有する層がナノインプリント法により形成されたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のナノ構造体。
【請求項７】
基板の表層のナノホールを有する層が樹脂自己組織化を利用し形成した層からなることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のナノ構造体。
【請求項８】
請求項１から請求項４のいずれかに記載のナノ構造体のナノ構造素子を配置する貫通孔もしくは非貫通孔の直径（相当径）が数ｎｍから５００ｎｍであることを特徴とするナノ構造体。
【請求項９】
前記基板が酸化物基板、ガラス基板、セラミックス基板、金属基板、半導体基板、プラスチック基板のいずれかからなることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載のナノ構造体。
【請求項１０】
基板が非貫通孔を有する場合に、基板上に非貫通孔を形成するためのコーティング層を設けたことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれかに記載のナノ構造体。
【請求項１１】
貫通孔もしくは非貫通孔が規則的に配列した基板のナノホール中に、基板の垂直方向に対して特定の結晶方位関係をもつ非磁性金属相と強磁性金属相の少なくとも一方が基板の垂直方向に略平行又は略平行に間隔を隔てて存在する構造を有する磁気記憶材料及び前記構造の周囲を反強磁性体相で囲った構造を有する磁気記憶材料。
【請求項１２】
貫通孔もしくは非貫通孔が規則的に配列した基板のナノホール中に、基板の垂直方向に対して特定の結晶方位関係をもつ非磁性金属相と強磁性金属相の少なくとも一方が基板の垂直方向に略平行又は略平行に間隔を隔てて存在する磁気記憶材料の周囲を強磁性体相、反強磁性体相の順に囲んだ構造の磁気記憶材料を形成した基板の磁気記憶材料の上面、下面に電極層が形成された磁気記憶材料。
【請求項１３】
請求項１１から請求項１２のいずれかに記載の磁気記憶材料は、ナノホール内の非磁性金属相としてＣｕを含み、強磁性体相を構成する元素として、少なくともＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｉｒのいずれか１種を含み、さらに、反強磁性体相を構成する元素として、少なくともＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｉｒのいずれか1種を含むことを特徴とする磁気記憶材料。
【請求項１４】
基板の表層のナノホールを有する層が、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｍｏ、ＷあるいはＳｉの少なくとも１つを含有する陽極酸化皮膜層からなること特徴とする請求項１１から請求項１３のいずれかに記載のナノホール内に１つ又は複数の分離相を形成したことを特徴とする磁気記憶材料。
【請求項１５】
基板の表層のナノホールを有する層がナノインプリント法により形成されたことを特徴とする請求項１１から請求項１３のいずれかに記載の磁気記憶材料。
【請求項１６】
基板の表層のナノホールを有する層が樹脂自己組織化を利用し形成した層からなることを特徴とする請求項１１から請求項１３のいずれかに記載の磁気記憶材料。
【請求項１７】
請求項１１から請求項１３のいずれかに記載のナノ構造素子を配置する貫通孔もしくは非貫通孔の直径（相当径）が数ｎｍから１００ｎｍであることを特徴とする磁気記憶材料。
【請求項１８】
前記基板が酸化物基板、ガラス基板、セラミックス基板、金属基板、半導体基板、プラスチック基板のいずれかからなることを特徴とする請求項１１から請求項１７のいずれかに記載の磁気記憶材料。
【請求項１９】
基板が非貫通孔を有する場合に、基板上に非貫通孔を形成するためのコーティング層を設けたことを特徴とする請求項１１から請求項１８のいずれかに記載の磁気記憶材料。
【請求項２０】
請求項１１から請求項１９に記載の磁気記憶材料を配線間に配置した配線基板。
【請求項２１】
請求項１１から請求項１９に記載の磁気記憶材料を有する多周波数対応アンテナ用基材。
【請求項２２】
請求項１から請求項１０のいずれかに記載のナノ構造体のナノ構造素子がナノホールを有しない基板表面に設けられていることを特徴とするナノ構造体。
【請求項２３】
請求項１から請求項１０のいずれかに記載のナノ構造体のナノ構造素子を基板上に形成したナノホール形成部のナノホール内に設けた後、基板を除去したことを特徴とするナノ構造素子の構造体。
【請求項２４】
請求項１１から請求項１９のいずれかに記載の磁気記憶材料のナノ構造素子がナノホールを有しない基板表面に設けられていることを特徴とする磁気記憶材料。
【請求項２５】
請求項１１から請求項１９のいずれかに記載の磁気記憶材料のナノ構造素子を基板上に形成したナノホール形成部のナノホール内に設けた後、基板を除去したことを特徴とする磁気記憶材料。
【請求項２６】
請求項２０に記載のナノ構造体のナノ構造素子がナノホールを有しない基板表面に設けられていることを特徴とする配線基板。
【請求項２７】
請求項２０に記載のナノ構造体のナノ構造素子を基板上に形成したナノホール形成部のナノホール内に設けた後、基板を除去したことを特徴とする配線基板。
【請求項２８】
請求項２１に記載のナノ構造体のナノ構造素子がナノホールを有しない基板表面に設けられていることを特徴とする多周波数対応アンテナ基材。
【請求項２９】
請求項２１に記載のナノ構造体のナノ構造素子を基板上に形成したナノホール形成部のナノホール内に設けた後、基板を除去したことを特徴とする多周波数対応アンテナ基材。
【請求項１】
貫通孔もしくは非貫通孔が規則的に配列した基板のナノホール中に、基板の垂直方向に対して特定の結晶方位関係をもつ非磁性金属相と磁性金属相の少なくとも一方が基板の垂直方向に略平行又は略平行に間隔を隔てて存在するナノ構造体。
【請求項２】
貫通孔もしくは非貫通孔が規則的に配列した基板のナノホール中に、基板の垂直方向に対して特定の結晶方位関係をもつ非磁性金属相と強磁性金属相が、ナノホールの垂直断面内で、基板の垂直方向に略平行に交互に間隔を隔てて配列している構造を有するナノ構造体。
【請求項３】
貫通孔もしくは非貫通孔が規則的に配列した基板のナノホール中に、基板の垂直方向に対して特定の結晶方位関係をもつ非磁性金属相と強磁性金属相が、ナノホールの水平断面内で、非磁性金属相を海とし、強磁性金属相を島とするか、非磁性金属相を島とし、強磁性金属相を海とするか、又は非磁性金属相と強磁性金属相の両者が交互に配列する構造を有するかのいずれかであるナノ構造体。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載のナノ構造体は、ナノホール内に非磁性金属相としてＣｕを含み、強磁性体として、少なくともＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｉｒのいずれか１種を含むことを特徴とするナノ構造体。
【請求項５】
基板の表層のナノホールを有する層が、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｍｏ、ＷあるいはＳｉの少なくとも１つを含有する陽極酸化皮膜層からなることを特徴する請求項１から請求項４のいずれかに記載のナノホール内に１つ又は複数の分離相を形成したことを特徴とするナノ構造体。
【請求項６】
基板の表層のナノホールを有する層がナノインプリント法により形成されたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のナノ構造体。
【請求項７】
基板の表層のナノホールを有する層が樹脂自己組織化を利用し形成した層からなることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のナノ構造体。
【請求項８】
請求項１から請求項４のいずれかに記載のナノ構造体のナノ構造素子を配置する貫通孔もしくは非貫通孔の直径（相当径）が数ｎｍから５００ｎｍであることを特徴とするナノ構造体。
【請求項９】
前記基板が酸化物基板、ガラス基板、セラミックス基板、金属基板、半導体基板、プラスチック基板のいずれかからなることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載のナノ構造体。
【請求項１０】
基板が非貫通孔を有する場合に、基板上に非貫通孔を形成するためのコーティング層を設けたことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれかに記載のナノ構造体。
【請求項１１】
貫通孔もしくは非貫通孔が規則的に配列した基板のナノホール中に、基板の垂直方向に対して特定の結晶方位関係をもつ非磁性金属相と強磁性金属相の少なくとも一方が基板の垂直方向に略平行又は略平行に間隔を隔てて存在する構造を有する磁気記憶材料及び前記構造の周囲を反強磁性体相で囲った構造を有する磁気記憶材料。
【請求項１２】
貫通孔もしくは非貫通孔が規則的に配列した基板のナノホール中に、基板の垂直方向に対して特定の結晶方位関係をもつ非磁性金属相と強磁性金属相の少なくとも一方が基板の垂直方向に略平行又は略平行に間隔を隔てて存在する磁気記憶材料の周囲を強磁性体相、反強磁性体相の順に囲んだ構造の磁気記憶材料を形成した基板の磁気記憶材料の上面、下面に電極層が形成された磁気記憶材料。
【請求項１３】
請求項１１から請求項１２のいずれかに記載の磁気記憶材料は、ナノホール内の非磁性金属相としてＣｕを含み、強磁性体相を構成する元素として、少なくともＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｉｒのいずれか１種を含み、さらに、反強磁性体相を構成する元素として、少なくともＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｉｒのいずれか1種を含むことを特徴とする磁気記憶材料。
【請求項１４】
基板の表層のナノホールを有する層が、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｍｏ、ＷあるいはＳｉの少なくとも１つを含有する陽極酸化皮膜層からなること特徴とする請求項１１から請求項１３のいずれかに記載のナノホール内に１つ又は複数の分離相を形成したことを特徴とする磁気記憶材料。
【請求項１５】
基板の表層のナノホールを有する層がナノインプリント法により形成されたことを特徴とする請求項１１から請求項１３のいずれかに記載の磁気記憶材料。
【請求項１６】
基板の表層のナノホールを有する層が樹脂自己組織化を利用し形成した層からなることを特徴とする請求項１１から請求項１３のいずれかに記載の磁気記憶材料。
【請求項１７】
請求項１１から請求項１３のいずれかに記載のナノ構造素子を配置する貫通孔もしくは非貫通孔の直径（相当径）が数ｎｍから１００ｎｍであることを特徴とする磁気記憶材料。
【請求項１８】
前記基板が酸化物基板、ガラス基板、セラミックス基板、金属基板、半導体基板、プラスチック基板のいずれかからなることを特徴とする請求項１１から請求項１７のいずれかに記載の磁気記憶材料。
【請求項１９】
基板が非貫通孔を有する場合に、基板上に非貫通孔を形成するためのコーティング層を設けたことを特徴とする請求項１１から請求項１８のいずれかに記載の磁気記憶材料。
【請求項２０】
請求項１１から請求項１９に記載の磁気記憶材料を配線間に配置した配線基板。
【請求項２１】
請求項１１から請求項１９に記載の磁気記憶材料を有する多周波数対応アンテナ用基材。
【請求項２２】
請求項１から請求項１０のいずれかに記載のナノ構造体のナノ構造素子がナノホールを有しない基板表面に設けられていることを特徴とするナノ構造体。
【請求項２３】
請求項１から請求項１０のいずれかに記載のナノ構造体のナノ構造素子を基板上に形成したナノホール形成部のナノホール内に設けた後、基板を除去したことを特徴とするナノ構造素子の構造体。
【請求項２４】
請求項１１から請求項１９のいずれかに記載の磁気記憶材料のナノ構造素子がナノホールを有しない基板表面に設けられていることを特徴とする磁気記憶材料。
【請求項２５】
請求項１１から請求項１９のいずれかに記載の磁気記憶材料のナノ構造素子を基板上に形成したナノホール形成部のナノホール内に設けた後、基板を除去したことを特徴とする磁気記憶材料。
【請求項２６】
請求項２０に記載のナノ構造体のナノ構造素子がナノホールを有しない基板表面に設けられていることを特徴とする配線基板。
【請求項２７】
請求項２０に記載のナノ構造体のナノ構造素子を基板上に形成したナノホール形成部のナノホール内に設けた後、基板を除去したことを特徴とする配線基板。
【請求項２８】
請求項２１に記載のナノ構造体のナノ構造素子がナノホールを有しない基板表面に設けられていることを特徴とする多周波数対応アンテナ基材。
【請求項２９】
請求項２１に記載のナノ構造体のナノ構造素子を基板上に形成したナノホール形成部のナノホール内に設けた後、基板を除去したことを特徴とする多周波数対応アンテナ基材。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００６−２４７７９５（Ｐ２００６−２４７７９５Ａ）
【公開日】平成１８年９月２１日（２００６．９．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−６９２９９（Ｐ２００５−６９２９９）
【出願日】平成１７年３月１１日（２００５．３．１１）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年９月２１日（２００６．９．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月１１日（２００５．３．１１）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
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