磁性多層膜及びその製造方法
【課題】 高周波で高い透磁率を実現することが可能であると共に、等方的な透磁率が得られ、複雑な磁場発生設備を使用しなくても作製することが可能である磁性多層膜を提供する。
【解決手段】 磁性金属から成る強磁性材料の薄膜１１と、絶縁材料の薄膜１２とを、交互に少なくとも２層以上積層した構造を有し、強磁性材料の薄膜１１の各層の膜厚が１０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内であり、絶縁材料の薄膜１２の各層の膜厚が１０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内であり、強磁性材料の薄膜１１の膜面内の透磁率が等方性である磁性多層膜１０を構成する。
【解決手段】 磁性金属から成る強磁性材料の薄膜１１と、絶縁材料の薄膜１２とを、交互に少なくとも２層以上積層した構造を有し、強磁性材料の薄膜１１の各層の膜厚が１０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内であり、絶縁材料の薄膜１２の各層の膜厚が１０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内であり、強磁性材料の薄膜１１の膜面内の透磁率が等方性である磁性多層膜１０を構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波において高い透磁率を有する磁性多層膜及びその製造方法に関わり、例えばコイル等に用いて好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
ＧＨｚ帯の高周波で高い透磁率を有する磁性膜を実現するためには、強磁性共鳴周波数ｆｒをＧＨｚ帯に引き上げる必要がある。
強磁性共鳴周波数ｆｒは、以下の式（１）で表される。
【０００３】
【数１】
（ただし、γはジャイロ磁気定数、Ｍｓ（ｅｍｕ／ｃｃ）は飽和磁化、Ｈｋ（Ｏｅ）は異方性磁界と呼ばれている磁気異方性に相当する磁界である。）
【０００４】
上記式（１）から、飽和磁化ＭＳ又は異方性磁界Ｈｋを大きくすれば、強磁性共鳴周波数ｆｒが大きくなることがわかる。
【０００５】
飽和磁化Ｍｓは、物質によって決まってしまう。
そこで、強磁性共鳴周波数ｆｒを大きくするために、一軸異方性磁界Ｈｋに着目して、磁性膜の製膜中に磁場を印加する、又は磁性膜の製膜後に磁場中で熱処理を行うことにより、一軸異方性磁界を付与している（例えば特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平５−３２６２６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、外部磁場で異方性磁界を付与すると、等方的な透磁率が得られない。
【０００７】
また、上記特許文献１に記載されているような、異方性磁界を付与する製造方法は、磁場中での製膜を行う、又は磁場中で熱処理を行うために、複雑な磁場発生設備が必要となるという欠点がある。
【０００８】
上述した問題の解決のために、本発明においては、高周波で高い透磁率を実現することが可能であると共に、等方的な透磁率が得られ、複雑な磁場発生設備を使用しなくても作製することが可能である磁性多層膜及びその製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の磁性多層膜は、磁性金属から成る強磁性材料の薄膜と、絶縁材料の薄膜とを、交互に少なくとも２層以上積層した構造を有し、強磁性材料の薄膜の各層の膜厚が１０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内であり、絶縁材料の薄膜の各層の膜厚が１０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内であり、強磁性材料の薄膜の膜面内の透磁率が等方性であるものである。
即ち、この磁性多層膜は、厚さｘの強磁性材料Ｔの薄膜と厚さｙの絶縁材料Ｉの薄膜とを繰り返し数ｎで交互に積層させたものであり、強磁性材料Ｔの薄膜の厚さｘ及び絶縁材料Ｉの薄膜の厚さｙを、いずれも１０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内としたものである。
【００１０】
本発明の磁性多層膜の構成により、強磁性材料Ｔの薄膜の厚さｘが１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲内であることにより、複合異方性磁界効果、表皮効果に基いて、膜面内で等方的透磁率を有すると共に、高いＱ値（＝μ′／μ″；複素透磁率の実数部分と虚数部分との比）がＧＨｚ高周波帯で実現される。
【００１１】
即ち、強磁性材料Ｔの薄膜の厚さｘが１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲内（メゾナノ領域）であるため、形状磁気異方性の効果により、強磁性材料Ｔの薄膜の膜面内に磁化容易軸がある。
一方、結晶磁気異方性に起因して、強磁性材料Ｔの薄膜の膜面内に磁化容易軸が存在している。
これら形状磁気異方性及び結晶磁気異方性の２種類の異方性磁界が存在することにより、いわゆるスヌーク限界を超える、高周波での高透磁率が実現される。
【００１２】
また、強磁性材料Ｔの薄膜の膜面内の結晶磁気異方性は、膜面内で均一に分布する。
そのため、膜面内で等方的透磁率が実現される。
【００１３】
表皮効果は、強磁性材料Ｔの薄膜の厚さを磁場侵入長以下にすることによって、渦電流損失の効果を軽減させる効果がある。
強磁性材料Ｔの薄膜の厚さが薄すぎると、結晶磁気異方性が低下して、強磁性共鳴周波数を低減させてしまう。
一方、強磁性材料Ｔの薄膜の厚さが厚すぎると、渦電流損失の効果が顕著となり、透磁率が減少してしまう。
従って、強磁性材料Ｔの薄膜の厚さｘを１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲内とすることにより、周波数ＧＨｚ帯で等方的かつ高いＱ値の透磁率の実現に寄与する最適な厚さの範囲となる。
【００１４】
さらに、絶縁材料Ｉの薄膜の厚さｙが１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下（メゾナノ領域）であることにより、以下の作用を有する。
（１）静磁気結合効果に基いて、ＧＨｚ帯の強磁性共鳴を実現することが可能になる。
静磁気結合効果は、磁性膜を絶縁体で区切ることにより磁性膜に安定な１８０度磁区構造を実現させ、これにより、磁性膜の渦電流損失を低減させて、ＧＨｚ帯の強磁性共鳴を実現するものである。
（２）強磁性材料の薄膜を電気的に絶縁することにより、渦電流損失の低減を実現する。
絶縁体の厚さが薄すぎると、磁性膜に安定な１８０度磁区を実現させにくく、磁性膜間の電気的絶縁ができない、等の要因から強磁性共鳴周波数の低下を招く。
一方、絶縁膜が厚すぎると、静磁気結合が弱くなり、安定な１８０度磁区が形成できず、やはり強磁性共鳴周波数の低下を招く。
従って、絶縁材料Ｉの薄膜の厚さｙを１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲内とすることにより、周波数ＧＨｚ帯で等方的かつ高いＱ値の透磁率の実現に寄与する最適な厚さの範囲となる。
【００１５】
また、好ましくは、強磁性材料の薄膜の各層の薄膜の膜面方向の磁気異方性が１００［Ｏｅ］以下であり、１００［ｅｍｕ／ｃｃ］以上の飽和磁化を有する構成とする。
また、好ましくは、２ＧＨｚ以下の周波数領域で、磁性多層膜の透磁率の実数部μ´の虚数部μ″に対する比Ｑと、実数部μ´との積μ´Ｑが２５以上である構成とする。
【発明の効果】
【００１６】
上述の本発明の磁性多層膜によれば、磁性金属から成る強磁性材料の薄膜と、絶縁材料の薄膜とを、交互に少なくとも２層以上積層した構造を有し、強磁性材料の薄膜の各層の膜厚が１０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内であり、絶縁材料の薄膜の各層の膜厚が１０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内であることにより、複合異方性磁界効果及び静磁気結合効果を利用して、強磁性共鳴周波数を１ＧＨｚ以上と大きくすることができる。
これにより、本発明の磁性多層膜を使用して、例えばＧＨｚ帯の高周波のノイズを吸収するインダクターを構成することができる。
【００１７】
また、本発明の磁性多層膜では、強磁性材料の薄膜の膜面内における透磁率が等方的であるため、例えば、インダクター用に磁性膜を用いる場合に、どのような形状のインダクターであっても、その上に磁性膜を製膜することが可能であり、かつ一度のプロセスで製膜が可能である。
【００１８】
上述の本発明の磁性膜の製造方法によれば、ＧＨｚ帯の高周波に対して高い透磁率を有する磁性膜を製造することができる。
また、磁場発生装置を全く用いないため、容易にかつ簡易な設備により、良好な磁気特性を有する磁性膜を製造することができる。
【００１９】
さらに、磁場を付与しないで製膜を行うことにより、強磁性材料の薄膜の膜面内における透磁率が等方的になる。これにより、例えば磁性膜をインダクターに使用する場合に、どのような形状のインダクターであっても、その上に磁性膜を製膜することが可能であり、かつ一度のプロセスで製膜が可能である。
【００２０】
即ち、本発明により、ＧＨｚの高周波帯において、等方的かつ低損失、高いＱ値の透磁率を有する磁性膜を実現することが可能になる。
例えば、本発明に係る磁性多層膜を、インダクターの上に成膜した場合には、０．８ＧＨｚから２ＧＨｚの間の周波数において、空芯コイルと比較して１０％以上インダクタンスを増大させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の磁性多層膜の一実施の形態として、磁性多層膜の概略構成図を図１に示す。
この磁性多層膜は、基板１上に、ＦｅＣｏから成る強磁性材料膜１１と、ＳｉＯ２から成る絶縁材料膜１２とが、交互に多層積層されて、磁性多層膜（積層膜）１０が構成されている。
【００２２】
磁性多層膜１０を構成する各層１１，１２内においては、原子や分子による層状の格子が間隔ｄで形成されている。
そして、強磁性材料膜１１の膜厚ｘ及び絶縁材料膜１２の膜厚ｙの合計が、人工格子の周期Ｄとなり、この周期Ｄで強磁性材料膜１１及び絶縁材料膜１２が交互に積層されている。
【００２３】
この磁性多層膜１０は、強磁性材料Ｔ（例えばＦｅＣｏ）から成る強磁性材料膜１１の膜厚をｘ［ｎｍ］とし、絶縁材料Ｉ（例えばＳｉＯ２）から成る絶縁材料膜１２の膜厚をｙ［ｎｍ］として、繰り返し数ｎとから、［Ｔ（ｘ）／Ｉ（ｙ）］ｎと表すことができる。
繰り返し数ｎは、２以上とするが、より好ましくは１０以上１００以下とする。
【００２４】
また、本実施の形態の磁性多層膜１０では、強磁性材料Ｔから成る強磁性材料膜１１の膜厚ｘを１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲内（メゾナノ領域）とすると共に、絶縁材料Ｉから成る絶縁材料膜１２の膜厚ｙを１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲内（メゾナノ領域）とする。
【００２５】
強磁性材料膜１１のＦｅＣｏ膜と、絶縁材料膜１２のＳｉＯ２膜との成膜は、それぞれＦｅＣｏ及びＳｉＯ２をターゲットとして、蒸着法又はスパッタリング法によって行うことができる。
また、それぞれの膜厚ｘ，ｙは、投入電力と堆積時間の調整により、容易に制御することができる。
そして、強磁性材料膜１１を１０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内で成膜する工程と、絶縁材料膜１２を１０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内で成膜する工程とを、交互に（少なくとも２回以上）繰り返すことにより、磁性多層膜１０を製造することができる。
【００２６】
また、図１の磁性多層膜１０では、強磁性材料膜１１としてＦｅＣｏ膜を用い、絶縁材料膜１２としてＳｉＯ２膜を用いているが、強磁性材料膜及び絶縁材料膜にはその他の強磁性材料及び絶縁材料を使用することも可能である。
本発明の磁性多層膜による、複合異方性磁界効果及び静磁気結合効果は、厚さ１０ｎｍ〜１００ｎｍ（メゾナノ領域）の強磁性材料の薄膜と絶縁材料の薄膜との組み合わせによる人工格子に起因するものであり、強磁性材料や絶縁材料の種類によらず得られるものである。
強磁性材料膜１１に用いられる強磁性材料としては、磁性金属から成る強磁性材料、即ち例えば、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｆｅ３Ｏ４、遷移金属を含む強磁性合金、並びに強磁性化合物から選ばれる１種以上を使用することができ、例えば、従来から用いられているＭｎＢｉ，ＭｎＣｕＢｉ，ＭｎＣｏ，ＧｄＣｏ，ＧｄＦｅ，ＴｂＦｅＣｏ，Ｆｅ３Ｏ４等が挙げられる。
絶縁材料膜１２に用いられる絶縁材料としては、例えば、ＳｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３，ＭｇＦ２から選ばれる１種以上を使用することができる。
【００２７】
なお、好ましくは、強磁性材料膜１１の各層の膜面方向の磁気異方性が１００［Ｏｅ］以下であり、１００［ｅｍｕ／ｃｃ］以上の飽和磁化を有する構成とする。このような構成とすることにより、磁気異方性が１００［Ｏｅ］と小さいことにより、膜面内で透磁率が等方性を有すると共に、飽和磁化が１００［ｅｍｕ／ｃｃ］以上と大きいことにより、強磁性材料膜１１の各層及び磁性多層膜１０全体が充分な磁性を有する。
また、好ましくは、２ＧＨｚ以下の周波数領域で、磁性多層膜１０の透磁率の実数部μ´の虚数部μ″に対する比Ｑと、実数部μ´との積μ´Ｑが２５以上である構成とする。このような構成とすることにより、２ＧＨｚ以下の周波数領域で積μ´Ｑが２５以上と大きいので、磁性多層膜１０をインダクターとして用いた場合の性能が良好になる。
【００２８】
強磁性材料膜１１の膜厚ｘが１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲内（メゾナノ領域）であるため、形状磁気異方性の効果により、強磁性材料膜１１の膜面内に磁化容易軸がある。
一方、結晶磁気異方性に起因して、強磁性材料膜１１の膜面内に磁化容易軸が存在している。
これら形状磁気異方性及び結晶磁気異方性の２種類の異方性磁界が存在することにより、いわゆるスヌーク限界を超える、高周波での高透磁率が実現される。
また、強磁性材料膜１１の膜面内の結晶磁気異方性は、膜面内で均一に分布する。
そのため、膜面内で等方的透磁率が実現される。
【００２９】
表皮効果は、強磁性材料膜１１の膜厚ｘを磁場侵入長以下にすることによって、渦電流損失の効果を軽減させる効果がある。
強磁性材料膜１１の膜厚ｘが薄すぎると、結晶磁気異方性が低下して、強磁性共鳴周波数を低減させてしまう。
一方、強磁性材料膜１１の膜厚ｘが厚すぎると、渦電流損失の効果が顕著となり、透磁率が減少してしまう。
従って、強磁性材料膜１１の膜厚ｘを１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲内とすることにより、周波数ＧＨｚ帯で等方的かつ高いＱ値の透磁率の実現に寄与する最適な厚さの範囲となる。
【００３０】
さらに、絶縁材料膜１２の膜厚ｙが１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲内（メゾナノ領域）であることにより、静磁気結合効果に基いて、周波数ＧＨｚ帯の強磁性共鳴を実現することが可能になる。また、絶縁材料膜１２により強磁性材料膜１１を電気的に絶縁することにより、渦電流損失を低減することができる。
絶縁材料膜１２の膜厚ｙが薄すぎると、強磁性材料膜１１に安定な１８０度磁区を実現させにくく、強磁性材料膜１１間の電気的絶縁ができない、等の要因から強磁性共鳴周波数の低下を招く。
一方、絶縁材料膜１２の膜厚ｙが厚すぎると、静磁気結合が弱くなり、安定な１８０度磁区が形成できず、やはり強磁性共鳴周波数の低下を招く。
従って、絶縁材料膜１２の膜厚ｙを１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲内とすることにより、周波数ＧＨｚ帯で等方的かつ高いＱ値の透磁率の実現に寄与する最適な厚さの範囲となる。
【００３１】
本実施の形態の磁性多層膜１０では、強磁性材料膜１１の膜面内で透磁率が等方的であるため、どのような形状のインダクターであっても、その上に磁性多層膜１０を作製することが可能であり、かつ一度のプロセスで製膜が可能である。
【００３２】
ここで、様々な形状のインダクターに対して、本実施の形態の磁性多層膜１０を形成した状態の平面図を図６Ａ〜図６Ｃに示す。
図６Ａは、導電線２１を渦巻状に形成したスパイラルインダクターである。
図６Ｂは、導電線２１をジグザクに折り返すように形成したミアンダーインダクターである。
図６Ｃは、直線状の導電線２１から成るストリップラインである。
図６Ａ〜図６Ｃに示すいずれのインダクターにおいても、磁性多層膜１０は、インダクターを構成する導電線２１に対して、その下又はその上に製膜する。
【００３３】
上述の本実施の形態の磁性多層膜１０によれば、強磁性材料膜１１と絶縁材料膜１２とを交互に多層積層し、強磁性材料膜１１の膜厚ｘ及び絶縁材料膜１２の膜厚ｙをいずれも１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲内（メゾナノ領域）としていることにより、磁性多層膜１０が、ＧＨｚ帯の高い周波数に対して、高い透磁率を有すると共に、膜面内において等方的な透磁率が得られる。
【００３４】
そして、膜面内において等方的な透磁率を有するので、磁性多層膜１０を製造する際に、異方性磁場を付与する必要がなくなるため、容易に磁性多層膜１０を製造することが可能になり、製造設備を簡略化することができる。また、例えば、インダクター用に磁性膜を用いる場合に、どのような形状のインダクターであっても、その上に磁性多層膜１０を製膜することが可能であり、かつ一度のプロセスで製膜が可能である。
【００３５】
また、本実施の形態の磁性多層膜１０の上述した製造方法によれば、強磁性材料膜１１を１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲内の膜厚で成膜する工程と、絶縁材料膜１２を１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲内の膜厚で成膜する工程とを交互に繰り返すことにより、磁場中の製膜や磁場中熱処理を行わなくても、ＧＨｚ帯の高周波に対して高い透磁率を有する磁性多層膜１０を製造することが可能になる。
そして、異方性磁場を付与しないため、容易に磁性多層膜１０を製造することができると共に、製造設備を簡略化することができる。
【００３６】
次に、実際に本発明に係る磁性多層膜を作製して、その特性を調べた。
【００３７】
（実験１）
ＦｅＣｏから成る強磁性材料膜１１と、ＳｉＯ２から成る絶縁材料膜１２とを、交互に繰り返し、全層厚を１μｍ〜４μｍとして積層することにより、図１に示した構成の磁性多層膜１０を作製した。
そして、ＳｉＯ２から成る絶縁材料膜１２の膜厚ｙを９６ｎｍに固定し、ＦｅＣｏから成る強磁性材料膜１１の膜厚ｘを変化させて、それぞれ磁性多層膜１０の試料を作製した。
【００３８】
磁性多層膜１０の各試料に対して、それぞれ周波数を１ＧＨｚ，２ＧＨｚ，３ＧＨｚとした場合の磁性多層膜１０の透磁率を測定した。
測定結果を図２Ａ〜図２Ｃに示す。図２Ａは、強磁性材料膜１１の膜厚ｘとＱの値との関係を示し、図２Ｂは、膜厚ｘとμ´の値との関係を示し、図２Ｃは、膜厚ｘとμ´Ｑの値との関係を示している。
【００３９】
図２Ａ〜図２Ｃより、強磁性材料膜１１の膜厚ｘを１０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内とすれば、１ＧＨｚ及び２ＧＨｚの周波数において、比較的大きい透磁率が得られることがわかる。
【００４０】
（実験２）
次に、ＦｅＣｏから成る強磁性材料膜１１の膜厚ｘを１２ｎｍに固定し、ＳｉＯ２から成る絶縁材料膜１２の膜厚ｙを変化させて、その他は上述した実験１と同様にして、図１に示した構成の磁性多層膜１０の試料を作製した。
磁性多層膜１０の各試料に対して、それぞれ周波数を１ＧＨｚ，２ＧＨｚ，３ＧＨｚとした場合の磁性多層膜の透磁率を測定した。
測定結果を図３Ａ〜図３Ｃに示す。図３Ａは、絶縁材料膜１２の膜厚ｙとＱの値との関係を示し、図３Ｂは、膜厚ｙとμ´の値との関係を示し、図３Ｃは、膜厚ｙとμ´Ｑの値との関係を示している。
【００４１】
図３Ａ〜図３Ｃより、絶縁材料膜１２の膜厚ｙを１０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内とすれば、１ＧＨｚ及び２ＧＨｚの周波数において、比較的大きい透磁率が得られることがわかる。
【００４２】
ところで、磁性多層膜をインダクターとして用いた場合の性能は、透磁率の実数部μ´が大きいほど、またＱが大きいほど、良好になる。
従って、総合的指標は、両者の積μ´Ｑで表される。
本発明に係るメゾナノ構造（膜厚１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の強磁性材料の薄膜及び絶縁材料の薄膜を交互に積層した構造）を有する磁性多層膜は、２ＧＨｚ以下でμ´Ｑが２５以上を有する。
【００４３】
図２Ｃ及び図３Ｃより、これらの試料では、膜厚ｘ，ｙが１０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内において、２ＧＨｚ以下で積μ´Ｑが２５以上となっていることがわかる。
【００４４】
また、本発明に対する比較例として、磁性金属であるＦｅＣｏＰｄ合金薄膜により、膜厚１６０ｎｍの磁性膜を作製し、透磁率を測定した。
測定結果を図４に示す。図４は、周波数（ＭＨｚ）とＱ値との関係を示している。
【００４５】
図４より、０．１ＧＨｚ付近で高いＱ値が得られているが、強磁性共鳴周波数が１ＧＨｚ以下であり、ＧＨｚ帯の高い周波数では高いＱ値が得られないことがわかる。
即ち、磁性金属層のみで構成した磁性膜では、ＧＨｚ帯の高い周波数において高いＱ値を得ることができない。
【００４６】
（実験３）
スパイラル状のコイルの上に、ＦｅＣｏから成る強磁性材料膜１１の膜厚ｘを９６ｎｍとして、ＳｉＯ２から成る絶縁材料膜１２の膜厚ｙを２４ｎｍとして、これらの膜を交互に積層することにより、図１に示した構成の磁性多層膜１０を作製した。
そして、磁性多層膜１０の全層厚を１μｍから４μｍと変えて、それぞれ磁性多層膜１０を用いたインダクターの試料を作製した。
それぞれのインダクターの試料に対して、周波数を１０ＭＨｚ〜１００ＭＨｚ（１ＧＨｚ）の範囲で変化させてインダクタンスを測定した。
また、空芯コイルの場合も同様にインダクタンスを測定した。
測定結果を図５に示す。曲線Ｉがｎ＝１の場合を示し、曲線IIがｎ＝４の場合を示し、曲線III が空芯コイルの場合を示している。
【００４７】
スパイラルコイルの等価回路は、一般にインダクタンスＬ［Ｈ］のコイルとＲ［Ω］の抵抗の直列接続部分とキャパシタンスＣ［Ｆ］のコンデンサー部分の並列接続で表すことができる。このとき、複素インピーダンスＺは、角振動数をω［ｒａｄ／ｓ］とすると、以下の式（２）で表される。
【００４８】
【数２】
【００４９】
この実験３で使用したようなスパイラル状のコイルは、インダクタンスＬが数ｎＨ程度であり、固有共振周波数が数ＧＨｚ程度であり、抵抗Ｒが数Ω程度であるので、スパイラル状のコイルの固有共振周波数（数ＧＨｚ）よりも充分に小さい周波数（１０ＭＨｚ）のとき、式（２）は次のような式で近似される。
【００５０】
【数３】
【００５１】
実験３で作製したインダクターの実装例の構成では、式（３）を仮定してインダクタンスを求めており、周波数１０ＭＨｚにおけるインダクタンスが実装例のインダクタンスと考えることができる。
スパイラル状のコイルのインダクタンスは、実装された磁性膜の透磁率に比例するので、磁性膜の強磁性共鳴周波数以下で、インダクタンスは一定である。
一方、本発明の磁性多層膜の強磁性共鳴周波数は２ＧＨｚ以上である。
従って、図５において、１０ＭＨｚにおけるインダクタンス値は、２ＧＨｚにおけるインダクタンス値とほぼ等しいと考えることができる。
【００５２】
図５より、図１に示した磁性多層膜１０をコイル上に形成してインダクターを構成することにより、周波数１０ＭＨｚにおいて、空芯コイルと比較して、１０％以上インダクタンスが増大している。
これらのことから、図１に示した磁性多層膜１０をコイル上に形成してインダクターを構成することにより、周波数０．８ＧＨｚ〜２ＧＨｚの間においても、空芯コイルと比較して、インダクタンスを１０％以上増大させることができることがわかる。
【００５３】
即ち、本発明の磁性多層膜は、強磁性共鳴周波数が１ＧＨｚ以上であって、コイル等のインダクター上に成膜された場合、０．８ＧＨｚ〜２ＧＨｚの間で、空芯コイルに比べて１０％以上インダクタンスが大きくなる。
【００５４】
（実験４）
次に、強磁性材料膜の材料を変えて、磁性多層膜の特性を比較した。
ＳｉＯ２から成る絶縁材料膜１２の膜厚ｙを９６ｎｍに固定し、強磁性材料膜１１の膜厚ｘを１２ｎｍに固定して、強磁性材料膜１１の材料を変えて、それぞれ図１に示した磁性多層膜１０の試料を作製した。強磁性材料膜１１の材料としては、Ｃｏ，Ｃｏ７０Ｆｅ３０，Ｆｅ７０Ｃｏ３０の３種類を使用した。
作製した磁性多層膜１０の各試料に対して、それぞれ周波数を１ＧＨｚ，２ＧＨｚ，３ＧＨｚとした場合の磁性多層膜１０の透磁率を測定した。
測定結果を表１に示す。表１は、強磁性材料膜１１のそれぞれの膜構成について、各周波数における、μ´，μ″，Ｑ，μ´Ｑの各値を示している。
【００５５】
【表１】
【００５６】
表１より、いずれの材料も、２ＧＨｚ以下の周波数領域で積μ´Ｑが２５以上と大きくなっており、磁性多層膜１０をインダクターとして用いた場合の性能が良好になる。
そして、３つの材料の中で、特に、Ｆｅ７０Ｃｏ３０は、２ＧＨｚ及び３ＧＨｚの高い周波数における積μ´Ｑが大きいことから、２ＧＨｚ以上の高周波帯における性能が優れていることがわかる。
【００５７】
本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲でその他様々な構成が取り得る。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明に係る磁性膜は、例えば、インダクター、通信機器からの漏れ電波を抑制する電磁波吸収材料として使用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の一実施の形態の磁性多層膜の概略構成図である。
【図２】Ａ〜Ｃ 強磁性材料膜の膜厚と透磁率との関係を示す図である。
【図３】Ａ〜Ｃ 絶縁材料膜の膜厚と透磁率との関係を示す図である。
【図４】金属磁性膜により形成した磁性膜における周波数と透磁率（Ｑ値）との関係を示す図である。
【図５】スパイラル状のコイルの上に磁性膜を形成したインダクターのインダクタンスの測定結果を示す図である。
【図６】Ａ〜Ｃ インダクターの上に磁性膜を製膜した状態の平面図である。
【符号の説明】
【００６０】
１ 基板、１０ 磁性多層膜、１１ 強磁性材料膜、１２ 絶縁材料膜、２１ 導電線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波において高い透磁率を有する磁性多層膜及びその製造方法に関わり、例えばコイル等に用いて好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
ＧＨｚ帯の高周波で高い透磁率を有する磁性膜を実現するためには、強磁性共鳴周波数ｆｒをＧＨｚ帯に引き上げる必要がある。
強磁性共鳴周波数ｆｒは、以下の式（１）で表される。
【０００３】
【数１】
（ただし、γはジャイロ磁気定数、Ｍｓ（ｅｍｕ／ｃｃ）は飽和磁化、Ｈｋ（Ｏｅ）は異方性磁界と呼ばれている磁気異方性に相当する磁界である。）
【０００４】
上記式（１）から、飽和磁化ＭＳ又は異方性磁界Ｈｋを大きくすれば、強磁性共鳴周波数ｆｒが大きくなることがわかる。
【０００５】
飽和磁化Ｍｓは、物質によって決まってしまう。
そこで、強磁性共鳴周波数ｆｒを大きくするために、一軸異方性磁界Ｈｋに着目して、磁性膜の製膜中に磁場を印加する、又は磁性膜の製膜後に磁場中で熱処理を行うことにより、一軸異方性磁界を付与している（例えば特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平５−３２６２６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、外部磁場で異方性磁界を付与すると、等方的な透磁率が得られない。
【０００７】
また、上記特許文献１に記載されているような、異方性磁界を付与する製造方法は、磁場中での製膜を行う、又は磁場中で熱処理を行うために、複雑な磁場発生設備が必要となるという欠点がある。
【０００８】
上述した問題の解決のために、本発明においては、高周波で高い透磁率を実現することが可能であると共に、等方的な透磁率が得られ、複雑な磁場発生設備を使用しなくても作製することが可能である磁性多層膜及びその製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の磁性多層膜は、磁性金属から成る強磁性材料の薄膜と、絶縁材料の薄膜とを、交互に少なくとも２層以上積層した構造を有し、強磁性材料の薄膜の各層の膜厚が１０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内であり、絶縁材料の薄膜の各層の膜厚が１０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内であり、強磁性材料の薄膜の膜面内の透磁率が等方性であるものである。
即ち、この磁性多層膜は、厚さｘの強磁性材料Ｔの薄膜と厚さｙの絶縁材料Ｉの薄膜とを繰り返し数ｎで交互に積層させたものであり、強磁性材料Ｔの薄膜の厚さｘ及び絶縁材料Ｉの薄膜の厚さｙを、いずれも１０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内としたものである。
【００１０】
本発明の磁性多層膜の構成により、強磁性材料Ｔの薄膜の厚さｘが１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲内であることにより、複合異方性磁界効果、表皮効果に基いて、膜面内で等方的透磁率を有すると共に、高いＱ値（＝μ′／μ″；複素透磁率の実数部分と虚数部分との比）がＧＨｚ高周波帯で実現される。
【００１１】
即ち、強磁性材料Ｔの薄膜の厚さｘが１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲内（メゾナノ領域）であるため、形状磁気異方性の効果により、強磁性材料Ｔの薄膜の膜面内に磁化容易軸がある。
一方、結晶磁気異方性に起因して、強磁性材料Ｔの薄膜の膜面内に磁化容易軸が存在している。
これら形状磁気異方性及び結晶磁気異方性の２種類の異方性磁界が存在することにより、いわゆるスヌーク限界を超える、高周波での高透磁率が実現される。
【００１２】
また、強磁性材料Ｔの薄膜の膜面内の結晶磁気異方性は、膜面内で均一に分布する。
そのため、膜面内で等方的透磁率が実現される。
【００１３】
表皮効果は、強磁性材料Ｔの薄膜の厚さを磁場侵入長以下にすることによって、渦電流損失の効果を軽減させる効果がある。
強磁性材料Ｔの薄膜の厚さが薄すぎると、結晶磁気異方性が低下して、強磁性共鳴周波数を低減させてしまう。
一方、強磁性材料Ｔの薄膜の厚さが厚すぎると、渦電流損失の効果が顕著となり、透磁率が減少してしまう。
従って、強磁性材料Ｔの薄膜の厚さｘを１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲内とすることにより、周波数ＧＨｚ帯で等方的かつ高いＱ値の透磁率の実現に寄与する最適な厚さの範囲となる。
【００１４】
さらに、絶縁材料Ｉの薄膜の厚さｙが１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下（メゾナノ領域）であることにより、以下の作用を有する。
（１）静磁気結合効果に基いて、ＧＨｚ帯の強磁性共鳴を実現することが可能になる。
静磁気結合効果は、磁性膜を絶縁体で区切ることにより磁性膜に安定な１８０度磁区構造を実現させ、これにより、磁性膜の渦電流損失を低減させて、ＧＨｚ帯の強磁性共鳴を実現するものである。
（２）強磁性材料の薄膜を電気的に絶縁することにより、渦電流損失の低減を実現する。
絶縁体の厚さが薄すぎると、磁性膜に安定な１８０度磁区を実現させにくく、磁性膜間の電気的絶縁ができない、等の要因から強磁性共鳴周波数の低下を招く。
一方、絶縁膜が厚すぎると、静磁気結合が弱くなり、安定な１８０度磁区が形成できず、やはり強磁性共鳴周波数の低下を招く。
従って、絶縁材料Ｉの薄膜の厚さｙを１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲内とすることにより、周波数ＧＨｚ帯で等方的かつ高いＱ値の透磁率の実現に寄与する最適な厚さの範囲となる。
【００１５】
また、好ましくは、強磁性材料の薄膜の各層の薄膜の膜面方向の磁気異方性が１００［Ｏｅ］以下であり、１００［ｅｍｕ／ｃｃ］以上の飽和磁化を有する構成とする。
また、好ましくは、２ＧＨｚ以下の周波数領域で、磁性多層膜の透磁率の実数部μ´の虚数部μ″に対する比Ｑと、実数部μ´との積μ´Ｑが２５以上である構成とする。
【発明の効果】
【００１６】
上述の本発明の磁性多層膜によれば、磁性金属から成る強磁性材料の薄膜と、絶縁材料の薄膜とを、交互に少なくとも２層以上積層した構造を有し、強磁性材料の薄膜の各層の膜厚が１０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内であり、絶縁材料の薄膜の各層の膜厚が１０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内であることにより、複合異方性磁界効果及び静磁気結合効果を利用して、強磁性共鳴周波数を１ＧＨｚ以上と大きくすることができる。
これにより、本発明の磁性多層膜を使用して、例えばＧＨｚ帯の高周波のノイズを吸収するインダクターを構成することができる。
【００１７】
また、本発明の磁性多層膜では、強磁性材料の薄膜の膜面内における透磁率が等方的であるため、例えば、インダクター用に磁性膜を用いる場合に、どのような形状のインダクターであっても、その上に磁性膜を製膜することが可能であり、かつ一度のプロセスで製膜が可能である。
【００１８】
上述の本発明の磁性膜の製造方法によれば、ＧＨｚ帯の高周波に対して高い透磁率を有する磁性膜を製造することができる。
また、磁場発生装置を全く用いないため、容易にかつ簡易な設備により、良好な磁気特性を有する磁性膜を製造することができる。
【００１９】
さらに、磁場を付与しないで製膜を行うことにより、強磁性材料の薄膜の膜面内における透磁率が等方的になる。これにより、例えば磁性膜をインダクターに使用する場合に、どのような形状のインダクターであっても、その上に磁性膜を製膜することが可能であり、かつ一度のプロセスで製膜が可能である。
【００２０】
即ち、本発明により、ＧＨｚの高周波帯において、等方的かつ低損失、高いＱ値の透磁率を有する磁性膜を実現することが可能になる。
例えば、本発明に係る磁性多層膜を、インダクターの上に成膜した場合には、０．８ＧＨｚから２ＧＨｚの間の周波数において、空芯コイルと比較して１０％以上インダクタンスを増大させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の磁性多層膜の一実施の形態として、磁性多層膜の概略構成図を図１に示す。
この磁性多層膜は、基板１上に、ＦｅＣｏから成る強磁性材料膜１１と、ＳｉＯ２から成る絶縁材料膜１２とが、交互に多層積層されて、磁性多層膜（積層膜）１０が構成されている。
【００２２】
磁性多層膜１０を構成する各層１１，１２内においては、原子や分子による層状の格子が間隔ｄで形成されている。
そして、強磁性材料膜１１の膜厚ｘ及び絶縁材料膜１２の膜厚ｙの合計が、人工格子の周期Ｄとなり、この周期Ｄで強磁性材料膜１１及び絶縁材料膜１２が交互に積層されている。
【００２３】
この磁性多層膜１０は、強磁性材料Ｔ（例えばＦｅＣｏ）から成る強磁性材料膜１１の膜厚をｘ［ｎｍ］とし、絶縁材料Ｉ（例えばＳｉＯ２）から成る絶縁材料膜１２の膜厚をｙ［ｎｍ］として、繰り返し数ｎとから、［Ｔ（ｘ）／Ｉ（ｙ）］ｎと表すことができる。
繰り返し数ｎは、２以上とするが、より好ましくは１０以上１００以下とする。
【００２４】
また、本実施の形態の磁性多層膜１０では、強磁性材料Ｔから成る強磁性材料膜１１の膜厚ｘを１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲内（メゾナノ領域）とすると共に、絶縁材料Ｉから成る絶縁材料膜１２の膜厚ｙを１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲内（メゾナノ領域）とする。
【００２５】
強磁性材料膜１１のＦｅＣｏ膜と、絶縁材料膜１２のＳｉＯ２膜との成膜は、それぞれＦｅＣｏ及びＳｉＯ２をターゲットとして、蒸着法又はスパッタリング法によって行うことができる。
また、それぞれの膜厚ｘ，ｙは、投入電力と堆積時間の調整により、容易に制御することができる。
そして、強磁性材料膜１１を１０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内で成膜する工程と、絶縁材料膜１２を１０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内で成膜する工程とを、交互に（少なくとも２回以上）繰り返すことにより、磁性多層膜１０を製造することができる。
【００２６】
また、図１の磁性多層膜１０では、強磁性材料膜１１としてＦｅＣｏ膜を用い、絶縁材料膜１２としてＳｉＯ２膜を用いているが、強磁性材料膜及び絶縁材料膜にはその他の強磁性材料及び絶縁材料を使用することも可能である。
本発明の磁性多層膜による、複合異方性磁界効果及び静磁気結合効果は、厚さ１０ｎｍ〜１００ｎｍ（メゾナノ領域）の強磁性材料の薄膜と絶縁材料の薄膜との組み合わせによる人工格子に起因するものであり、強磁性材料や絶縁材料の種類によらず得られるものである。
強磁性材料膜１１に用いられる強磁性材料としては、磁性金属から成る強磁性材料、即ち例えば、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｆｅ３Ｏ４、遷移金属を含む強磁性合金、並びに強磁性化合物から選ばれる１種以上を使用することができ、例えば、従来から用いられているＭｎＢｉ，ＭｎＣｕＢｉ，ＭｎＣｏ，ＧｄＣｏ，ＧｄＦｅ，ＴｂＦｅＣｏ，Ｆｅ３Ｏ４等が挙げられる。
絶縁材料膜１２に用いられる絶縁材料としては、例えば、ＳｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３，ＭｇＦ２から選ばれる１種以上を使用することができる。
【００２７】
なお、好ましくは、強磁性材料膜１１の各層の膜面方向の磁気異方性が１００［Ｏｅ］以下であり、１００［ｅｍｕ／ｃｃ］以上の飽和磁化を有する構成とする。このような構成とすることにより、磁気異方性が１００［Ｏｅ］と小さいことにより、膜面内で透磁率が等方性を有すると共に、飽和磁化が１００［ｅｍｕ／ｃｃ］以上と大きいことにより、強磁性材料膜１１の各層及び磁性多層膜１０全体が充分な磁性を有する。
また、好ましくは、２ＧＨｚ以下の周波数領域で、磁性多層膜１０の透磁率の実数部μ´の虚数部μ″に対する比Ｑと、実数部μ´との積μ´Ｑが２５以上である構成とする。このような構成とすることにより、２ＧＨｚ以下の周波数領域で積μ´Ｑが２５以上と大きいので、磁性多層膜１０をインダクターとして用いた場合の性能が良好になる。
【００２８】
強磁性材料膜１１の膜厚ｘが１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲内（メゾナノ領域）であるため、形状磁気異方性の効果により、強磁性材料膜１１の膜面内に磁化容易軸がある。
一方、結晶磁気異方性に起因して、強磁性材料膜１１の膜面内に磁化容易軸が存在している。
これら形状磁気異方性及び結晶磁気異方性の２種類の異方性磁界が存在することにより、いわゆるスヌーク限界を超える、高周波での高透磁率が実現される。
また、強磁性材料膜１１の膜面内の結晶磁気異方性は、膜面内で均一に分布する。
そのため、膜面内で等方的透磁率が実現される。
【００２９】
表皮効果は、強磁性材料膜１１の膜厚ｘを磁場侵入長以下にすることによって、渦電流損失の効果を軽減させる効果がある。
強磁性材料膜１１の膜厚ｘが薄すぎると、結晶磁気異方性が低下して、強磁性共鳴周波数を低減させてしまう。
一方、強磁性材料膜１１の膜厚ｘが厚すぎると、渦電流損失の効果が顕著となり、透磁率が減少してしまう。
従って、強磁性材料膜１１の膜厚ｘを１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲内とすることにより、周波数ＧＨｚ帯で等方的かつ高いＱ値の透磁率の実現に寄与する最適な厚さの範囲となる。
【００３０】
さらに、絶縁材料膜１２の膜厚ｙが１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲内（メゾナノ領域）であることにより、静磁気結合効果に基いて、周波数ＧＨｚ帯の強磁性共鳴を実現することが可能になる。また、絶縁材料膜１２により強磁性材料膜１１を電気的に絶縁することにより、渦電流損失を低減することができる。
絶縁材料膜１２の膜厚ｙが薄すぎると、強磁性材料膜１１に安定な１８０度磁区を実現させにくく、強磁性材料膜１１間の電気的絶縁ができない、等の要因から強磁性共鳴周波数の低下を招く。
一方、絶縁材料膜１２の膜厚ｙが厚すぎると、静磁気結合が弱くなり、安定な１８０度磁区が形成できず、やはり強磁性共鳴周波数の低下を招く。
従って、絶縁材料膜１２の膜厚ｙを１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲内とすることにより、周波数ＧＨｚ帯で等方的かつ高いＱ値の透磁率の実現に寄与する最適な厚さの範囲となる。
【００３１】
本実施の形態の磁性多層膜１０では、強磁性材料膜１１の膜面内で透磁率が等方的であるため、どのような形状のインダクターであっても、その上に磁性多層膜１０を作製することが可能であり、かつ一度のプロセスで製膜が可能である。
【００３２】
ここで、様々な形状のインダクターに対して、本実施の形態の磁性多層膜１０を形成した状態の平面図を図６Ａ〜図６Ｃに示す。
図６Ａは、導電線２１を渦巻状に形成したスパイラルインダクターである。
図６Ｂは、導電線２１をジグザクに折り返すように形成したミアンダーインダクターである。
図６Ｃは、直線状の導電線２１から成るストリップラインである。
図６Ａ〜図６Ｃに示すいずれのインダクターにおいても、磁性多層膜１０は、インダクターを構成する導電線２１に対して、その下又はその上に製膜する。
【００３３】
上述の本実施の形態の磁性多層膜１０によれば、強磁性材料膜１１と絶縁材料膜１２とを交互に多層積層し、強磁性材料膜１１の膜厚ｘ及び絶縁材料膜１２の膜厚ｙをいずれも１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲内（メゾナノ領域）としていることにより、磁性多層膜１０が、ＧＨｚ帯の高い周波数に対して、高い透磁率を有すると共に、膜面内において等方的な透磁率が得られる。
【００３４】
そして、膜面内において等方的な透磁率を有するので、磁性多層膜１０を製造する際に、異方性磁場を付与する必要がなくなるため、容易に磁性多層膜１０を製造することが可能になり、製造設備を簡略化することができる。また、例えば、インダクター用に磁性膜を用いる場合に、どのような形状のインダクターであっても、その上に磁性多層膜１０を製膜することが可能であり、かつ一度のプロセスで製膜が可能である。
【００３５】
また、本実施の形態の磁性多層膜１０の上述した製造方法によれば、強磁性材料膜１１を１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲内の膜厚で成膜する工程と、絶縁材料膜１２を１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲内の膜厚で成膜する工程とを交互に繰り返すことにより、磁場中の製膜や磁場中熱処理を行わなくても、ＧＨｚ帯の高周波に対して高い透磁率を有する磁性多層膜１０を製造することが可能になる。
そして、異方性磁場を付与しないため、容易に磁性多層膜１０を製造することができると共に、製造設備を簡略化することができる。
【００３６】
次に、実際に本発明に係る磁性多層膜を作製して、その特性を調べた。
【００３７】
（実験１）
ＦｅＣｏから成る強磁性材料膜１１と、ＳｉＯ２から成る絶縁材料膜１２とを、交互に繰り返し、全層厚を１μｍ〜４μｍとして積層することにより、図１に示した構成の磁性多層膜１０を作製した。
そして、ＳｉＯ２から成る絶縁材料膜１２の膜厚ｙを９６ｎｍに固定し、ＦｅＣｏから成る強磁性材料膜１１の膜厚ｘを変化させて、それぞれ磁性多層膜１０の試料を作製した。
【００３８】
磁性多層膜１０の各試料に対して、それぞれ周波数を１ＧＨｚ，２ＧＨｚ，３ＧＨｚとした場合の磁性多層膜１０の透磁率を測定した。
測定結果を図２Ａ〜図２Ｃに示す。図２Ａは、強磁性材料膜１１の膜厚ｘとＱの値との関係を示し、図２Ｂは、膜厚ｘとμ´の値との関係を示し、図２Ｃは、膜厚ｘとμ´Ｑの値との関係を示している。
【００３９】
図２Ａ〜図２Ｃより、強磁性材料膜１１の膜厚ｘを１０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内とすれば、１ＧＨｚ及び２ＧＨｚの周波数において、比較的大きい透磁率が得られることがわかる。
【００４０】
（実験２）
次に、ＦｅＣｏから成る強磁性材料膜１１の膜厚ｘを１２ｎｍに固定し、ＳｉＯ２から成る絶縁材料膜１２の膜厚ｙを変化させて、その他は上述した実験１と同様にして、図１に示した構成の磁性多層膜１０の試料を作製した。
磁性多層膜１０の各試料に対して、それぞれ周波数を１ＧＨｚ，２ＧＨｚ，３ＧＨｚとした場合の磁性多層膜の透磁率を測定した。
測定結果を図３Ａ〜図３Ｃに示す。図３Ａは、絶縁材料膜１２の膜厚ｙとＱの値との関係を示し、図３Ｂは、膜厚ｙとμ´の値との関係を示し、図３Ｃは、膜厚ｙとμ´Ｑの値との関係を示している。
【００４１】
図３Ａ〜図３Ｃより、絶縁材料膜１２の膜厚ｙを１０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内とすれば、１ＧＨｚ及び２ＧＨｚの周波数において、比較的大きい透磁率が得られることがわかる。
【００４２】
ところで、磁性多層膜をインダクターとして用いた場合の性能は、透磁率の実数部μ´が大きいほど、またＱが大きいほど、良好になる。
従って、総合的指標は、両者の積μ´Ｑで表される。
本発明に係るメゾナノ構造（膜厚１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の強磁性材料の薄膜及び絶縁材料の薄膜を交互に積層した構造）を有する磁性多層膜は、２ＧＨｚ以下でμ´Ｑが２５以上を有する。
【００４３】
図２Ｃ及び図３Ｃより、これらの試料では、膜厚ｘ，ｙが１０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内において、２ＧＨｚ以下で積μ´Ｑが２５以上となっていることがわかる。
【００４４】
また、本発明に対する比較例として、磁性金属であるＦｅＣｏＰｄ合金薄膜により、膜厚１６０ｎｍの磁性膜を作製し、透磁率を測定した。
測定結果を図４に示す。図４は、周波数（ＭＨｚ）とＱ値との関係を示している。
【００４５】
図４より、０．１ＧＨｚ付近で高いＱ値が得られているが、強磁性共鳴周波数が１ＧＨｚ以下であり、ＧＨｚ帯の高い周波数では高いＱ値が得られないことがわかる。
即ち、磁性金属層のみで構成した磁性膜では、ＧＨｚ帯の高い周波数において高いＱ値を得ることができない。
【００４６】
（実験３）
スパイラル状のコイルの上に、ＦｅＣｏから成る強磁性材料膜１１の膜厚ｘを９６ｎｍとして、ＳｉＯ２から成る絶縁材料膜１２の膜厚ｙを２４ｎｍとして、これらの膜を交互に積層することにより、図１に示した構成の磁性多層膜１０を作製した。
そして、磁性多層膜１０の全層厚を１μｍから４μｍと変えて、それぞれ磁性多層膜１０を用いたインダクターの試料を作製した。
それぞれのインダクターの試料に対して、周波数を１０ＭＨｚ〜１００ＭＨｚ（１ＧＨｚ）の範囲で変化させてインダクタンスを測定した。
また、空芯コイルの場合も同様にインダクタンスを測定した。
測定結果を図５に示す。曲線Ｉがｎ＝１の場合を示し、曲線IIがｎ＝４の場合を示し、曲線III が空芯コイルの場合を示している。
【００４７】
スパイラルコイルの等価回路は、一般にインダクタンスＬ［Ｈ］のコイルとＲ［Ω］の抵抗の直列接続部分とキャパシタンスＣ［Ｆ］のコンデンサー部分の並列接続で表すことができる。このとき、複素インピーダンスＺは、角振動数をω［ｒａｄ／ｓ］とすると、以下の式（２）で表される。
【００４８】
【数２】
【００４９】
この実験３で使用したようなスパイラル状のコイルは、インダクタンスＬが数ｎＨ程度であり、固有共振周波数が数ＧＨｚ程度であり、抵抗Ｒが数Ω程度であるので、スパイラル状のコイルの固有共振周波数（数ＧＨｚ）よりも充分に小さい周波数（１０ＭＨｚ）のとき、式（２）は次のような式で近似される。
【００５０】
【数３】
【００５１】
実験３で作製したインダクターの実装例の構成では、式（３）を仮定してインダクタンスを求めており、周波数１０ＭＨｚにおけるインダクタンスが実装例のインダクタンスと考えることができる。
スパイラル状のコイルのインダクタンスは、実装された磁性膜の透磁率に比例するので、磁性膜の強磁性共鳴周波数以下で、インダクタンスは一定である。
一方、本発明の磁性多層膜の強磁性共鳴周波数は２ＧＨｚ以上である。
従って、図５において、１０ＭＨｚにおけるインダクタンス値は、２ＧＨｚにおけるインダクタンス値とほぼ等しいと考えることができる。
【００５２】
図５より、図１に示した磁性多層膜１０をコイル上に形成してインダクターを構成することにより、周波数１０ＭＨｚにおいて、空芯コイルと比較して、１０％以上インダクタンスが増大している。
これらのことから、図１に示した磁性多層膜１０をコイル上に形成してインダクターを構成することにより、周波数０．８ＧＨｚ〜２ＧＨｚの間においても、空芯コイルと比較して、インダクタンスを１０％以上増大させることができることがわかる。
【００５３】
即ち、本発明の磁性多層膜は、強磁性共鳴周波数が１ＧＨｚ以上であって、コイル等のインダクター上に成膜された場合、０．８ＧＨｚ〜２ＧＨｚの間で、空芯コイルに比べて１０％以上インダクタンスが大きくなる。
【００５４】
（実験４）
次に、強磁性材料膜の材料を変えて、磁性多層膜の特性を比較した。
ＳｉＯ２から成る絶縁材料膜１２の膜厚ｙを９６ｎｍに固定し、強磁性材料膜１１の膜厚ｘを１２ｎｍに固定して、強磁性材料膜１１の材料を変えて、それぞれ図１に示した磁性多層膜１０の試料を作製した。強磁性材料膜１１の材料としては、Ｃｏ，Ｃｏ７０Ｆｅ３０，Ｆｅ７０Ｃｏ３０の３種類を使用した。
作製した磁性多層膜１０の各試料に対して、それぞれ周波数を１ＧＨｚ，２ＧＨｚ，３ＧＨｚとした場合の磁性多層膜１０の透磁率を測定した。
測定結果を表１に示す。表１は、強磁性材料膜１１のそれぞれの膜構成について、各周波数における、μ´，μ″，Ｑ，μ´Ｑの各値を示している。
【００５５】
【表１】
【００５６】
表１より、いずれの材料も、２ＧＨｚ以下の周波数領域で積μ´Ｑが２５以上と大きくなっており、磁性多層膜１０をインダクターとして用いた場合の性能が良好になる。
そして、３つの材料の中で、特に、Ｆｅ７０Ｃｏ３０は、２ＧＨｚ及び３ＧＨｚの高い周波数における積μ´Ｑが大きいことから、２ＧＨｚ以上の高周波帯における性能が優れていることがわかる。
【００５７】
本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲でその他様々な構成が取り得る。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明に係る磁性膜は、例えば、インダクター、通信機器からの漏れ電波を抑制する電磁波吸収材料として使用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の一実施の形態の磁性多層膜の概略構成図である。
【図２】Ａ〜Ｃ 強磁性材料膜の膜厚と透磁率との関係を示す図である。
【図３】Ａ〜Ｃ 絶縁材料膜の膜厚と透磁率との関係を示す図である。
【図４】金属磁性膜により形成した磁性膜における周波数と透磁率（Ｑ値）との関係を示す図である。
【図５】スパイラル状のコイルの上に磁性膜を形成したインダクターのインダクタンスの測定結果を示す図である。
【図６】Ａ〜Ｃ インダクターの上に磁性膜を製膜した状態の平面図である。
【符号の説明】
【００６０】
１ 基板、１０ 磁性多層膜、１１ 強磁性材料膜、１２ 絶縁材料膜、２１ 導電線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性金属から成る強磁性材料の薄膜と、絶縁材料の薄膜とを、交互に少なくとも２層以上積層した構造を有し、
前記強磁性材料の薄膜の各層の膜厚が、１０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内であり、
前記絶縁材料の薄膜の各層の膜厚が、１０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内であり、
前記強磁性材料の薄膜の膜面内の透磁率が等方性である
ことを特徴とする磁性多層膜。
【請求項２】
前記強磁性材料の薄膜の各層の薄膜の膜面方向の磁気異方性が１００［Ｏｅ］以下であり、１００［ｅｍｕ／ｃｃ］以上の飽和磁化を有することを特徴とする請求項１に記載の磁性多層膜。
【請求項３】
２ＧＨｚ以下の周波数領域で、透磁率の実数部μ´の虚数部μ″に対する比Ｑと、実数部μ´との積μ´Ｑが２５以上であることを特徴とする請求項１に記載の磁性多層膜。
【請求項４】
磁性金属から成る強磁性材料の薄膜を、１０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内の膜厚で成膜する工程と、
絶縁材料の薄膜を、１０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内の膜厚で成膜する工程とを、
交互に少なくとも２回以上繰り返して磁性多層膜を形成する
ことを特徴とする磁性多層膜の製造方法。
【請求項１】
磁性金属から成る強磁性材料の薄膜と、絶縁材料の薄膜とを、交互に少なくとも２層以上積層した構造を有し、
前記強磁性材料の薄膜の各層の膜厚が、１０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内であり、
前記絶縁材料の薄膜の各層の膜厚が、１０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内であり、
前記強磁性材料の薄膜の膜面内の透磁率が等方性である
ことを特徴とする磁性多層膜。
【請求項２】
前記強磁性材料の薄膜の各層の薄膜の膜面方向の磁気異方性が１００［Ｏｅ］以下であり、１００［ｅｍｕ／ｃｃ］以上の飽和磁化を有することを特徴とする請求項１に記載の磁性多層膜。
【請求項３】
２ＧＨｚ以下の周波数領域で、透磁率の実数部μ´の虚数部μ″に対する比Ｑと、実数部μ´との積μ´Ｑが２５以上であることを特徴とする請求項１に記載の磁性多層膜。
【請求項４】
磁性金属から成る強磁性材料の薄膜を、１０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内の膜厚で成膜する工程と、
絶縁材料の薄膜を、１０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内の膜厚で成膜する工程とを、
交互に少なくとも２回以上繰り返して磁性多層膜を形成する
ことを特徴とする磁性多層膜の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００７−７３５５１（Ｐ２００７−７３５５１Ａ）
【公開日】平成１９年３月２２日（２００７．３．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２５５５６５（Ｐ２００５−２５５５６５）
【出願日】平成１７年９月２日（２００５．９．２）
【出願人】（５０４１４５３６４）国立大学法人群馬大学 (352)
【出願人】（０００２２０１２５）東京パーツ工業株式会社 (122)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年３月２２日（２００７．３．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年９月２日（２００５．９．２）
【出願人】（５０４１４５３６４）国立大学法人群馬大学 (352)
【出願人】（０００２２０１２５）東京パーツ工業株式会社 (122)
【Ｆターム（参考）】
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