薄膜磁石
【課題】高い磁石性能、すなわち高い最大エネルギー積を実現できる薄膜磁石を提案する。
【解決手段】高い最大エネルギー積の薄膜磁石を実現するため、高い磁気異方性エネルギーと高い飽和磁化を実現できる薄膜磁石の構成を提供する。このため、Ｆｅ又はＦｅＣｏ膜の一方の面に、Ｔａ、Ｎｂ、Ｖ、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｃｕ、Ａｇの群から選ばれた一つ以上の金属を直に形成する。また、Ｆｅ又はＦｅＣｏ膜の他方の面には、希土類元素を含む強磁性体を直に形成する。
【解決手段】高い最大エネルギー積の薄膜磁石を実現するため、高い磁気異方性エネルギーと高い飽和磁化を実現できる薄膜磁石の構成を提供する。このため、Ｆｅ又はＦｅＣｏ膜の一方の面に、Ｔａ、Ｎｂ、Ｖ、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｃｕ、Ａｇの群から選ばれた一つ以上の金属を直に形成する。また、Ｆｅ又はＦｅＣｏ膜の他方の面には、希土類元素を含む強磁性体を直に形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜磁石の構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁石性能は、最大エネルギー積によって表される。高い磁石性能、すなわち高い最大エネルギー積を得るためには、保磁力Ｈｃと飽和磁化Ｍｓの増加が必要である。保磁力Ｈｃの値は、結晶の状態や構造に依存して変動する。保磁力の上限は、磁気異方性エネルギーＫｕで決まる。従って、高い保磁力の実現には、まず高い磁気異方性エネルギーの実現が必要である。
高い磁気異方性エネルギーを実現する従来技術には、以下の文献に示すものがある。
【０００３】
非特許文献１は、ＦｅＣｏに結晶歪を生じさせると、高い磁気異方性エネルギーを実現できることを、計算より示している。
【０００４】
非特許文献２及び３は、Ｆｅ膜とＣｏ膜を交互に積層させたＦｅ／Ｃｏ多層膜を用い、磁気異方性エネルギーを増大させることを試みている。
【０００５】
特許文献１並びに非特許文献４及び５は、高い磁気異方性エネルギーを有するＮｄＦeＢと高い飽和磁化を有するＦｅ又はＦｅＣｏを接して形成することにより、高い磁気異方性エネルギーと高い飽和磁化を実現することを試みている。
【０００６】
特許文献２は、Ｃｒを含む金属膜であるＣｏ６５Ｃｒ３５と、Ｆｅを含む磁性膜である第１アモルファス層Ｇｄ２０Ｆｅ６０Ｃｏ２０と、希土類元素Ｔｂを含む磁性膜である第２アモルファス層Ｔｂ１８Ｆｅ６０Ｃｏ２２とを積層させた磁気記録媒体について記述している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−７４０６２号公報
【特許文献２】特開２００１−８４５４６号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】T. Burkert et al., Phys. Rev. Lett., vol. 93, 027203 (2004).
【非特許文献２】V. A. Vas’ko et al., Appl. Phys. Lett., vol. 89, 092502 (2006).
【非特許文献３】S. Okamoto et al., J. Magn. Soc. Jpn, vol. 33, 451 (2009).
【非特許文献４】Y. Wu et al., J. Appl. Phys., vol. 91, 8174 (2002).
【非特許文献５】M. Shindo et al., J. Appl. Phys., vol. 81, 4444 (1997).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
非特許文献１は、ＦｅＣｏに結晶歪を生じさせれば、磁気異方性エネルギーを増大できることを計算結果として示している。しかし、非特許文献１は、ＦｅＣｏに結晶歪を生じさせる具体的な方法を開示してはいない。特に、非特許文献１は、ＦｅＣｏが薄膜の場合に、ＦｅＣｏ膜に結晶歪を生じさせるのに適した構成及び膜厚を開示していない。
【００１０】
非特許文献２及び３は、Ｆｅ膜とＣｏ膜を交互に積層させたＦｅ／Ｃｏ多層膜を用いることで、磁気異方性エネルギーの増大を図る。しかし、非特許文献２及び３では、結晶歪の発生により磁気異方性エネルギーを増大させる試みはなされていない。特に、それぞれのＦｅ層及びＣｏ層に下地膜を敷くことで、磁気異方性エネルギーを増大させる試みは、な非特許文献２及び３ではなされていない。
【００１１】
特許文献１並びに非特許文献４及び５は、ＮｄＦeＢとＦｅ又はＮｄＦeＢとＦｅＣｏを接触させることにより、高い磁気異方性エネルギーと高い飽和磁化を実現する試みを開示する。しかし、Ｆｅ又はＦｅＣｏに結晶歪を導入する試みはなされていない。
【００１２】
特許文献２は、Ｃｒを含む金属膜とＦｅを含む磁性膜との多層膜について開示する。しかし、これらの磁性膜は、アモルファス（すなわち、非晶質）であり、磁性膜への結晶歪の導入は考慮されていない。
【００１３】
本発明者は、かかる考察に基づき、より高い磁気異方性エネルギーと高い飽和磁化を有する薄膜磁石の構造を提案する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る薄膜磁石は、基板と、該基板上に形成される第１の磁性膜と、第２の金属膜と、第３の磁性膜とから少なくとも構成される。第１の磁性膜の一方の面は、第２の金属膜及び第３の磁性膜のうちの一方の膜と接し、他方の面は第２の金属膜及び第３の磁性膜ののうちの他方の膜と接する。ここで、第１の磁性膜はＦｅ又はＦｅとＣｏの合金からなり、第２の金属膜は、Ｔａ、Ｎｂ、Ｖ、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｃｕ、Ａｇの群から選ばれた一つ以上の金属からなり、第３の磁性膜は希土類元素を含む強磁性体からなる。
【発明の効果】
【００１５】
第１の磁性膜と第２の金属膜の格子定数の間に差異が有る場合、第１の磁性膜と第２の磁性膜が接する部分で格子不整合が生じ、第１の磁性膜に結晶歪が導入される。これより、第１の磁性膜のｃ軸長とａ軸長に差異が生じ、磁気異方性エネルギーが増大する。また、第１の磁性膜と第３の磁性膜の接触により、高い磁気異方性エネルギーと高い飽和磁化が実現される。この結果、従来構造の薄膜磁石に比して、磁気異方性エネルギーと飽和磁化が高い薄膜磁石を実現できる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る薄膜磁石の基本構造を説明する図。
【図２】第１の実施例に係る薄膜磁石の層構造を示す図（実施例１）。
【図３】第２の実施例に係る薄膜磁石の層構造を示す図（実施例２）。
【図４】第３の実施例に係る薄膜磁石の層構造を示す図（実施例３）。
【図５】第４の実施例に係る薄膜磁石の層構成を示す図（実施例４）。
【図６】ＦｅＣｏ薄膜のＸ線回折測定結果を示す図（実施例１）。（ａ）はＭｇＯ（１００）基板の結果であり、（ｂ）はＳｉ（１００）基板の結果である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。なお、本発明の実施態様は、後述する形態例に限定されるものではなく、その技術思想の範囲において、種々の変形が可能である。
【００１８】
[基本構造]
まず、各実施例に係る薄膜磁石に共通する基本的な層構造を説明する。図１（ａ）は第１の構造を示し、図１（ｂ）は第２の構造を示している。これら２つの構造は、本発明に係る薄膜磁石を構成する最小単位であり、後述する各実施例は、第１及び第２の構造のいずれかを含んでいる。
【００１９】
第１の磁性膜１１は、Ｆｅ又はＦｅとＣｏの合金で形成された磁性膜である。第２の金属膜２１は、Ｔａ、Ｎｂ、Ｖ、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｃｕ、Ａｇの群から選んだ一つ以上の金属を含む金属膜である。また、第３の磁性膜３１は、希土類元素を含む強磁性体からなる磁性膜である。
【００２０】
図１（ａ）に示す薄膜磁石は、基板４１の表面から上方へ、第２の金属膜２１、第１の磁性膜１１、第３の磁性膜３１を順番に形成した層構造を有している。この第１の構造は、第１の磁性膜１１の下層（下面）に第２の金属膜２１を直に形成し、第１の磁性膜１１の上層（上面）に第３の磁性膜３１を直に形成することを特徴点とする。
【００２１】
図１（ｂ）に示す薄膜磁石は、基板４１の表面から上方に、第３の磁性膜３１、第１の磁性膜１１、第２の金属膜２１を順番に形成した層構造を有している。この第２の構造は、第１の磁性膜１１の下層（下面）に第３の磁性膜３１を直に形成し、第１の磁性膜１１の上層（上面）に第２の金属膜２１を直に形成することを特徴点とする。
【００２２】
いずれの場合も、格子定数の間に差異が有る第１の磁性膜１１と第２の金属膜２１が直に接することで境界面に格子不整合が生じ、第１の磁性膜１１に結晶歪が導入される。結果的に、第１の磁性膜１１のｃ軸長とａ軸長に差異が生じ、磁気異方性エネルギーが増大する。また、第１の磁性膜１１と第３の磁性膜３１が直に接することで、高い磁気異方性エネルギーと高い飽和磁化が発生する。
【００２３】
従って、第１の構造を有する薄膜磁石と第２の構造を有する薄膜磁石は、いずれも高い磁気異方性エネルギーと高い飽和磁化を実現することができる。
【００２４】
[実施例１]
[構造]
続いて、第１の実施例に係る薄膜磁石の構造例を説明する。図２に、第１の実施例に係る薄膜磁石の層構造を示す。第１の実施例に係る薄膜磁石は、基板上に第１の構造を３段積層した構造を有している。
【００２５】
本実施例の場合、第１の磁性膜の組成はＦｅＣｏであり、第２の金属膜の組成はＴａであり、第３の磁性膜の組成はＮｄＦｅＢである。また、基板はＭｇＯ（１００）基板である。なお、ＦｅＣｏ、Ｔａ、ＮｄＦｅＢを組成とする膜の形成には、ＦｅＣｏ、Ｔａ、ＮｄＦｅＢに対応する３つのターゲットを有するスパッタリング装置を使用する。本装置の使用により、これら３つの膜を大気に曝すことなく、連続的に形成することができる。従って、各膜の間に酸化物を形成することなく、多層膜を形成することができる。なお、ここでの成膜は、Ａｒガスの雰囲気中で、圧力１ｍＴｏｒｒから１０ｍＴｏｒｒの下で行われる。
【００２６】
[製造方法]
以下に、本実施例に係る薄膜磁石の製造工程を示す。
(1) まず、ＭｇＯ（１００）基板４１の表面に、第２の金属膜となるＴａ膜２１１を２ｎｍ成膜する。
(2) 次に、第１の磁性膜となるＦｅＣｏ膜１１１を５ｎｍ成膜する。これにより、Ｔａ膜２１１の表面にはＦｅＣｏ膜１１１が直接形成される。
(3) さらに、第３の磁性膜となるＮｄＦｅＢ膜３１１を２０ｎｍ成膜する。これにより、ＦｅＣｏ膜１１１の表面にはＮｄＦｅＢ膜３１１が直接形成される。以上により、１段目の第１の構造が完成する。
(4) 次に、Ｔａ膜２１２を２ｎｍ成膜し、続いてＦｅＣｏ膜１１２を５ｎｍ成膜し、さらにＮｄＦｅＢ膜３１２を２０ｎｍ成膜する。これにより、２段目の第１の構造が完成する。
(5) 同様に、Ｔａ膜２１３を２ｎｍ成膜し、ＦｅＣｏ膜１１３を５ｎｍ成膜し、ＮｄＦｅＢ膜３１３を２０ｎｍ成膜する。これにより、３段目の第１の構造が完成する。
(6) 最後に、キャップ（保護層）となるＴａ層５１を５ｎｍ成膜する。これにより、基板４１上に、第１の構造を３段有する多層膜構造の薄膜磁石を製造することができる。
【００２７】
[技術的な効果]
ここで、ＦｅＣｏの格子定数は０．２８６８ｎｍであり、Ｔａの格子定数は０．３３０２ｎｍである。従って、ＦｅＣｏ膜とＴａ膜が直に接する境界面に格子不整合が生じる。このとき、ＦｅＣｏの境界面内の格子定数は、面直方向の格子定数よりも大きくなり、ＦｅＣｏに結晶歪が生じる。これより、ＦｅＣｏの磁気異方性エネルギーが増大する。
【００２８】
また、ＦｅＣｏはＦｅよりも飽和磁化が大きい。従って、第１の磁性膜として、ＦｅよりもＦｅＣｏを用いる方が、より高い飽和磁化を実現する上で望ましい。
【００２９】
また、ＦｅＣｏ膜はＮｄＦｅＢ膜と直に接している。このため、ＦｅＣｏとＮｄＦｅＢの間には交換相互作用が働き、高い磁気異方性エネルギーと高い飽和磁化が実現される。
【００３０】
以上のように、ＦｅＣｏ膜の一方の面には格子定数に差異を有するＴａ膜を直に（又は接して）形成し、ＦｅＣｏ膜の他方の面にはＮｄＦeＢを直に（又は接して）形成し、Ｔａ／ＦｅＣｏ／ＮｄＦｅＢを直に（又は接して）形成することにより、高い磁気異方性エネルギーと高い飽和磁化を有する薄膜磁石を実現することができる。
【００３１】
また、本実施例に係る薄膜磁石は、第１の構造を３段積層している。このため、第１の構造が１段だけの薄膜磁石に比して、磁気異方性エネルギーと飽和磁化がより高い薄膜磁石を実現することができる。
【００３２】
なお、本実施例の場合、ＦｅＣｏ膜１１１とＭｇＯ（１００）基板４１の間には、Ｔａ膜２１１が形成される。ここでのＴａ膜２１１は、ＦｅＣｏ膜１１１がＭｇＯ（１００）基板４１に直に接するのを防ぐ役割を果たしている。すなわち、Ｔａ膜２１１は、ＦｅＣｏ膜１１１がＭｇＯ（１００）基板４１により酸化されるのを防ぐバッファ層としても機能する。
【００３３】
[変形例]
本実施例では、基板としてＭｇＯ（１００）基板４１を用いているが、これ以外の基板、例えば熱酸化Ｓｉ基板やガラス基板も用いることができる。前者の場合、ＦｅＣｏは（１００）配向となるので、結晶性が優れる。一方、後者の場合、ＦｅＣｏは（１１０）配向となるので、結晶性はやや劣る。従って、ＭｇＯ（１００）基板の方が望ましい。
【００３４】
実際、種々の基板上にＦｅＣｏ２０ｎｍを成膜した時のＸ線回折測定結果を図６（ａ）及び（ｂ）に示す。図６（ａ）はＭｇＯ（１００）基板を用いる場合の測定結果であり、図６（ｂ）はＳｉ（１００）基板を用いる場合の測定結果である。
【００３５】
これらの図より、ＭｇＯ（１００）基板の場合、成膜されたＦｅＣｏは、基板の影響を受け（１００）配向となること、ＦｅＣｏのピーク強度が強く、半値幅は狭いこと、結晶性が良好であることが分かる。これに対し、Ｓｉ（１００）基板の場合、成膜したＦｅＣｏは、基板の影響を受けずに（１１０）配向となること、ＦｅＣｏのピーク強度は弱く、半値幅は広いこと、結晶性はやや劣ることが分かる。
【００３６】
また、本実施例では、第１の磁性膜としてのＦｅＣｏの膜厚をいずれも５ｎｍに設定した。ＦｅＣｏを単位格子以上の構成とするは、０．５ｎｍ以上の膜厚が必要である。一方、ＦｅＣｏは、膜厚が１００ｎｍ以上になると磁壁が形成される。従って、磁壁を含まない単磁区構造を実現するには、ＦｅＣｏの膜厚は１００ｎｍ以下が望ましい。従って、第１の磁性膜の膜厚は、０．５ｎｍ以上１００ｎｍ以下が望ましい。以下の実施例についても同様である。
【００３７】
同様に、本実施例では、第３の磁性膜としてのＮｄＦｅＢの膜厚をいずれも２０ｎｍに設定した。ＮｄＦｅＢを単位格子以上の構成とするには、１ｎｍ以上の膜厚が必要である。また、ＮｄＦｅＢについて、磁壁を含まない単磁区構造を実現するには、その膜厚は１００ｎｍ以下が望ましい。従って、第３の磁性膜の膜厚は、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下が望ましい。以下の実施例についても同様である。
【００３８】
また、本実施例の場合、第２の金属膜としてのＴａの膜厚をいずれも２ｎｍに設定した。Ｔａを単位格子以上の構成とするには、その膜厚が０．５ｎｍ以上であることが必要である。また、第１の磁性膜と第３の磁性膜の交換相互作用を強めるには、Ｔａの膜厚は１０ｎｍ以下であることが望ましい。従って、第２の金属膜の膜厚は、０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下が望ましい。以下の実施例についても同様である。
【００３９】
また、本実施例の場合、第２の金属膜としてＴａを用いたが、Ｎｂ、Ｖ、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｃｕ、Ａｇ又はこれらの合金を用いても同様の効果を得ることができる。ただし、第１の磁性膜であるＦｅＣｏは体心立方格子構造である。従って、これに接する第２の金属膜は、格子定数の差異のみにより、ＦｅＣｏに結晶歪を導入することが好ましい。このため、第２の金属膜は、ＦｅＣｏと同じ体心立方格子構造であることが望ましい。従って、第２の金属膜には、Ｔａ、Ｎｂ、Ｖ、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｃｕ、Ａｇのうち、特に、体心立方格子構造であるＴａ、Ｎｂ、Ｖ、Ｃｒが望ましい。以下の実施例についても同様である。
【００４０】
また、本実施例の場合、第３の磁性膜としてＮｄＦｅＢを用い、その組成は主にＮｄ２Ｆｅ１４Ｂであった。しかし、その組成が、ＳｍＣｏ５、Ｓｍ２Ｃｏ１７、Ｓｍ２Ｆｅ１７Ｎ３の希土類元素を含む強磁性体を用いても同様の効果を得ることができる。以下の実施例についても同様である。
【００４１】
また、本実施例の場合、第１の磁性膜、第２の金属膜、第３の磁性膜は、いずれも結晶であり、特許文献２において記述されているアモルファスとは異なる。結晶粒の大きさは、Ｘ線回折測定により雑音レベルよりも強い信号強度が得られる程度であり、概ね１０単位格子以上すなわち５ｎｍ以上である。以下の実施例についても同様である。
【００４２】
[実施例２]
[構造]
前述した実施例１では、Ｔａ層２１１をＭｇＯ(１００)基板４１の上に成膜し、ＦｅＣｏ膜１１１の酸化を防止している。もっとも、ＮｄＦｅＢ膜３１１の若干の酸化を許容できるのであれば、実施例２に係る薄膜磁石の採用が可能となる。図３に、第２の実施例に係る薄膜磁石の層構造を示す。第２の実施例に係る薄膜磁石は、基板上に第２の構造を３段積層した構造を有する。
【００４３】
因みに、図３には、図２と対応する部分に同一の符号を付して示している。また、第１の磁性膜の組成はＦｅＣｏであり、第２の金属膜の組成はＴａであり、第３の磁性膜の組成はＮｄＦｅＢである。また、基板はＭｇＯ（１００）基板である。
【００４４】
[製造方法]
以下に、本実施例に係る薄膜磁石の製造工程を示す。
(1) まず、ＭｇＯ（１００）基板４１の表面に、第３の磁性膜となるＮｄＦｅＢ膜３１１を成膜する。
(2) 次に、第１の磁性膜となるＦｅＣｏ膜１１１を成膜する。これにより、ＮｄＦｅＢ膜３１１の表面にはＦｅＣｏ膜１１１が直接形成される。
(3) さらに、第２の金属膜となるＴａ膜２１１を成膜する。これにより、ＦｅＣｏ膜１１１の表面にはＴａ膜２１１が直接形成される。以上により、１段目の第２の構造が完成する。
(4) 次に、ＮｄＦｅＢ膜３１２を成膜し、続いてＦｅＣｏ膜１１２を成膜し、さらにＴａ膜２１２を成膜する。これにより、２段目の第２の構造が完成する。
(5) 同様に、ＮｄＦｅＢ膜３１３を成膜し、続いてＦｅＣｏ膜１１３を成膜し、最後にキャップを兼用するＴａ膜５１を成膜する。これにより、３段目の第２の構造が完成する。以上により、第２の構造を３段有する多層膜構造の薄膜磁石を製造することができる。
【００４５】
[技術的な効果] 本実施例に係る薄膜磁石と実施例１に係る薄膜磁石との構造上の違いは、第１の磁性膜に対する第２の金属膜と第３の磁性膜の位置関係が上下反対であることのみである。従って、本実施例に係る薄膜磁石の場合にも、実施例１に係る薄膜磁石と同様の効果を実現することができる。
【００４６】
また、本実施例に係る薄膜磁石は、第２の構造を３段積層している。このため、第２の構造が１段だけの薄膜磁石に比して、磁気異方性エネルギーと飽和磁化がより高い薄膜磁石を実現することができる。
【００４７】
なお、本実施例の場合には、第１の磁性膜の上面に形成する第２の金属膜をキャップとして兼用している。このため、薄膜磁石を形成するＴａ膜の数が実施例１より１つ少なく済む。従って、希少金属であるＴａの使用量を実施例１に比して削減することができる。
【００４８】
[実施例３]
ここでは、希少金属の使用量を削減することが可能な他の構造例について説明する。多層膜構造の薄膜磁石については、非特許文献２及び３においても検討されている。これらの従来例は、Ｆｅ膜とＣｏ膜を交互に積層させて多層膜を形成する。すなわち、従来例は、Ｆｅ／Ｃｏの構成を周期とし、当該周期を複数回繰り返す成膜プロセスにより多層膜を形成する。１周期の単位は、Ｆｅ／Ｃｏという比較的単純な構成である。
【００４９】
一方、第１及び第２の実施例に係る薄膜磁石は、ＦｅＣｏの一方の面にＴａ（第２の金属層）を直に形成して結晶歪を生じさせると共に、ＦｅＣｏの他方の面にＮｄＦｅＢ（第３の磁性層）を直に形成させて交換相互作用を働かせ、高い磁気異方性エネルギーと高い飽和磁化を実現する。すなわち、第１及び第２の実施例に係る薄膜磁石は、Ｔａ／ＦｅＣｏ／ＮｄＦｅＢ又はＮｄＦｅＢ／ＦｅＣｏ／Ｔａの構造を周期とし、当該周期を複数回繰り返す成膜プロセスにより多層膜を形成する。
【００５０】
これに対し、本実施例では、Ｔａ／ＦｅＣｏ／ＮｄＦｅＢ／ＦｅＣｏの構造を周期とし、当該周期を複数回繰り返す成膜プロセスにより多層膜を形成する。図４に、本実施例に係る薄膜磁石の層構造を示す。基板４１の上面には、Ｔａ膜２１１、ＦｅＣｏ膜１１１、ＮｄＦｅＢ膜３１１、ＦｅＣｏ膜１１２、Ｔａ膜２１２、ＦｅＣｏ膜１１３、ＮｄＦｅＢ膜３１２、ＦｅＣｏ膜１１４、Ｔａ膜５１が順番に形成される。
【００５１】
この構造の場合、第１層目〜第３層目までの部分が第１の構造（図１（ａ））を形成し、第３層目〜第５層目までの部分が第２の構造（図１（ｂ））を形成し、第５層目〜第７層目までの部分が第１の構造（図１（ａ））を形成し、第７層目〜第９層目までの部分が第２の構造（図１（ｂ））を形成する。
【００５２】
すなわち、本実施例の場合、多層膜中に、第１の磁性膜（ＦｅＣｏ）を４層、すなわち基本構造を４つ有する薄膜磁石を形成することができる。これにより、実施例１及び２に係る薄膜磁石に比しても、磁気異方性エネルギーと飽和磁化が一段と高い薄膜磁石を実現することができる。
【００５３】
しかも、この実施例の場合、第３の磁性膜の数は２つであり、第１及び第２の実施例よりも少なく済む。ここで、第３の磁性膜を形成するＮｄＦｅＢにおけるＮｄは希少金属である。このため、本実施例に係る薄膜磁石の場合、Ｎｄの使用量を第１及び第２の実施例に比して削減することができる。同じく、この実施例の場合、希少金属であるＴａを使用する層の数も３つである。従って、４つの層が必要な第１の実施例に比して、Ｔａの使用量も削減することができる。
【００５４】
[実施例４]
[構造]
前述した実施例１〜３に係る薄膜磁石は、いずれも基板として、ＭｇＯ（１００）基板４１を使用した。このため、基板上に成膜されたＴａやＦｅＣｏは、いずれも（１００）配向であった。また、成膜したＮｄＦｅＢは、ｃ軸（すなわち、磁化容易軸）が基板面に垂直であった。
【００５５】
しかし、ＦｅＣｏとＮｄＦｅＢとの間の交換相互作用を強めるには、ＮｄＦｅＢのｃ軸（すなわち、磁化容易軸）は基板面に平行であることが望ましい。
【００５６】
このために、本実施例４では、基板として、ＭｇＯ（１１０）基板を使用する薄膜磁石を説明する。図５に、第４の実施例に係る薄膜磁石の層構造を示す。この実施例の場合、ＭｇＯ（１１０）基板４２の上に積層したＴａ膜２２１を下地とし、その上面に、第２の構造を３段積層する。
【００５７】
[製造方法]
以下に、本実施例に係る薄膜磁石の製造工程を示す。
(1) まず、ＭｇＯ（１１０）基板４２の表面に、第２の金属膜となるＴａ膜２２１を２ｎｍ成膜する。このとき、Ｔａ膜２２１は、（１１０）配向となる。
(2) 次に、第３の磁性膜となるＮｄＦｅＢ３２１を２０ｎｍ成膜する。このとき、ＮｄＦｅＢは、（１１０）配向に成膜された下地層（Ｔａ２２１）の影響を受け、ｃ軸（すなわち、磁化容易軸）は基板面に平行となるように形成される。
(3) 続いて、ＦｅＣｏ膜１２１を成膜し、さらにＴａ膜２２２を成膜する。これにより、１段目の第２の構造が完成する。
(4) その後、ＮｄＦｅＢ膜３２２を成膜し、続いてＦｅＣｏ膜１２２を成膜し、さらにＴａ膜２２３を成膜する。これにより、２段目の第２の構造が完成する。
(5) 同様に、ＮｄＦｅＢ膜３２３を成膜し、ＦｅＣｏ膜１２３を成膜し、最後にキャップを兼用するＴａ膜５２を５ｎｍ成膜する。これにより、３段目の第２の構造が完成する。以上により、第２の構造を３段有する多層膜構造の薄膜磁石を製造することができる。
【００５８】
[技術的な効果]
本実施例の構成により、ｃ軸（すなわち、磁化容易軸）が基板面に平行なＮｄＦｅＢを形成することができる。また、本実施例の場合も、ＦｅＣｏはＮｄＦｅＢの表面と直に接して形成される。このため、ＦｅＣｏとＮｄＦｅＢの間には実施例１よりも大きな交換相互作用が働き、高い磁気異方性エネルギーと高い飽和磁化を実現することができる。
【００５９】
[変形例]
本実施例では、基板としてＭｇＯ（１１０）基板４２を用いているが、これ以外の基板、例えばＳｒＴｉＯ３（１１０）基板又はＡｌ２Ｏ３（１１−２０）基板（Ａｌ２Ｏ３Ａ面基板）も用いることができる。この場合、Ｔａは（１１０）配向、ＮｄＦｅＢはｃ軸（すなわち、磁化容易軸）が基板面に平行となり、同様の効果を得ることができる。
【００６０】
[他の実施例]
なお、本発明は上述した形態例に限定されるものでなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上述した形態例は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある形態例の一部を他の形態例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある形態例の構成に他の形態例の構成を加えることも可能である。また、各形態例の構成の一部について、他の構成を追加、削除又は置換することも可能である。
【符号の説明】
【００６１】
１１…第１の磁性膜
２１…第２の金属膜
３１…第３の磁性膜
１１１、１１２、１１３、１１４、１２１、１２２、１２３…ＦｅＣｏ膜
２１１、２１２、２１３、２２１、２２２、２２３…Ｔａ膜
３１、３１１、３１２、３１３、３２１、３２２、３２３…ＮｄＦｅＢ膜
４１…ＭｇＯ（１００）基板
４２…ＭｇＯ（１１０）基板
５１、５２…Ｔａ膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜磁石の構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁石性能は、最大エネルギー積によって表される。高い磁石性能、すなわち高い最大エネルギー積を得るためには、保磁力Ｈｃと飽和磁化Ｍｓの増加が必要である。保磁力Ｈｃの値は、結晶の状態や構造に依存して変動する。保磁力の上限は、磁気異方性エネルギーＫｕで決まる。従って、高い保磁力の実現には、まず高い磁気異方性エネルギーの実現が必要である。
高い磁気異方性エネルギーを実現する従来技術には、以下の文献に示すものがある。
【０００３】
非特許文献１は、ＦｅＣｏに結晶歪を生じさせると、高い磁気異方性エネルギーを実現できることを、計算より示している。
【０００４】
非特許文献２及び３は、Ｆｅ膜とＣｏ膜を交互に積層させたＦｅ／Ｃｏ多層膜を用い、磁気異方性エネルギーを増大させることを試みている。
【０００５】
特許文献１並びに非特許文献４及び５は、高い磁気異方性エネルギーを有するＮｄＦeＢと高い飽和磁化を有するＦｅ又はＦｅＣｏを接して形成することにより、高い磁気異方性エネルギーと高い飽和磁化を実現することを試みている。
【０００６】
特許文献２は、Ｃｒを含む金属膜であるＣｏ６５Ｃｒ３５と、Ｆｅを含む磁性膜である第１アモルファス層Ｇｄ２０Ｆｅ６０Ｃｏ２０と、希土類元素Ｔｂを含む磁性膜である第２アモルファス層Ｔｂ１８Ｆｅ６０Ｃｏ２２とを積層させた磁気記録媒体について記述している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−７４０６２号公報
【特許文献２】特開２００１−８４５４６号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】T. Burkert et al., Phys. Rev. Lett., vol. 93, 027203 (2004).
【非特許文献２】V. A. Vas’ko et al., Appl. Phys. Lett., vol. 89, 092502 (2006).
【非特許文献３】S. Okamoto et al., J. Magn. Soc. Jpn, vol. 33, 451 (2009).
【非特許文献４】Y. Wu et al., J. Appl. Phys., vol. 91, 8174 (2002).
【非特許文献５】M. Shindo et al., J. Appl. Phys., vol. 81, 4444 (1997).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
非特許文献１は、ＦｅＣｏに結晶歪を生じさせれば、磁気異方性エネルギーを増大できることを計算結果として示している。しかし、非特許文献１は、ＦｅＣｏに結晶歪を生じさせる具体的な方法を開示してはいない。特に、非特許文献１は、ＦｅＣｏが薄膜の場合に、ＦｅＣｏ膜に結晶歪を生じさせるのに適した構成及び膜厚を開示していない。
【００１０】
非特許文献２及び３は、Ｆｅ膜とＣｏ膜を交互に積層させたＦｅ／Ｃｏ多層膜を用いることで、磁気異方性エネルギーの増大を図る。しかし、非特許文献２及び３では、結晶歪の発生により磁気異方性エネルギーを増大させる試みはなされていない。特に、それぞれのＦｅ層及びＣｏ層に下地膜を敷くことで、磁気異方性エネルギーを増大させる試みは、な非特許文献２及び３ではなされていない。
【００１１】
特許文献１並びに非特許文献４及び５は、ＮｄＦeＢとＦｅ又はＮｄＦeＢとＦｅＣｏを接触させることにより、高い磁気異方性エネルギーと高い飽和磁化を実現する試みを開示する。しかし、Ｆｅ又はＦｅＣｏに結晶歪を導入する試みはなされていない。
【００１２】
特許文献２は、Ｃｒを含む金属膜とＦｅを含む磁性膜との多層膜について開示する。しかし、これらの磁性膜は、アモルファス（すなわち、非晶質）であり、磁性膜への結晶歪の導入は考慮されていない。
【００１３】
本発明者は、かかる考察に基づき、より高い磁気異方性エネルギーと高い飽和磁化を有する薄膜磁石の構造を提案する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る薄膜磁石は、基板と、該基板上に形成される第１の磁性膜と、第２の金属膜と、第３の磁性膜とから少なくとも構成される。第１の磁性膜の一方の面は、第２の金属膜及び第３の磁性膜のうちの一方の膜と接し、他方の面は第２の金属膜及び第３の磁性膜ののうちの他方の膜と接する。ここで、第１の磁性膜はＦｅ又はＦｅとＣｏの合金からなり、第２の金属膜は、Ｔａ、Ｎｂ、Ｖ、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｃｕ、Ａｇの群から選ばれた一つ以上の金属からなり、第３の磁性膜は希土類元素を含む強磁性体からなる。
【発明の効果】
【００１５】
第１の磁性膜と第２の金属膜の格子定数の間に差異が有る場合、第１の磁性膜と第２の磁性膜が接する部分で格子不整合が生じ、第１の磁性膜に結晶歪が導入される。これより、第１の磁性膜のｃ軸長とａ軸長に差異が生じ、磁気異方性エネルギーが増大する。また、第１の磁性膜と第３の磁性膜の接触により、高い磁気異方性エネルギーと高い飽和磁化が実現される。この結果、従来構造の薄膜磁石に比して、磁気異方性エネルギーと飽和磁化が高い薄膜磁石を実現できる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る薄膜磁石の基本構造を説明する図。
【図２】第１の実施例に係る薄膜磁石の層構造を示す図（実施例１）。
【図３】第２の実施例に係る薄膜磁石の層構造を示す図（実施例２）。
【図４】第３の実施例に係る薄膜磁石の層構造を示す図（実施例３）。
【図５】第４の実施例に係る薄膜磁石の層構成を示す図（実施例４）。
【図６】ＦｅＣｏ薄膜のＸ線回折測定結果を示す図（実施例１）。（ａ）はＭｇＯ（１００）基板の結果であり、（ｂ）はＳｉ（１００）基板の結果である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。なお、本発明の実施態様は、後述する形態例に限定されるものではなく、その技術思想の範囲において、種々の変形が可能である。
【００１８】
[基本構造]
まず、各実施例に係る薄膜磁石に共通する基本的な層構造を説明する。図１（ａ）は第１の構造を示し、図１（ｂ）は第２の構造を示している。これら２つの構造は、本発明に係る薄膜磁石を構成する最小単位であり、後述する各実施例は、第１及び第２の構造のいずれかを含んでいる。
【００１９】
第１の磁性膜１１は、Ｆｅ又はＦｅとＣｏの合金で形成された磁性膜である。第２の金属膜２１は、Ｔａ、Ｎｂ、Ｖ、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｃｕ、Ａｇの群から選んだ一つ以上の金属を含む金属膜である。また、第３の磁性膜３１は、希土類元素を含む強磁性体からなる磁性膜である。
【００２０】
図１（ａ）に示す薄膜磁石は、基板４１の表面から上方へ、第２の金属膜２１、第１の磁性膜１１、第３の磁性膜３１を順番に形成した層構造を有している。この第１の構造は、第１の磁性膜１１の下層（下面）に第２の金属膜２１を直に形成し、第１の磁性膜１１の上層（上面）に第３の磁性膜３１を直に形成することを特徴点とする。
【００２１】
図１（ｂ）に示す薄膜磁石は、基板４１の表面から上方に、第３の磁性膜３１、第１の磁性膜１１、第２の金属膜２１を順番に形成した層構造を有している。この第２の構造は、第１の磁性膜１１の下層（下面）に第３の磁性膜３１を直に形成し、第１の磁性膜１１の上層（上面）に第２の金属膜２１を直に形成することを特徴点とする。
【００２２】
いずれの場合も、格子定数の間に差異が有る第１の磁性膜１１と第２の金属膜２１が直に接することで境界面に格子不整合が生じ、第１の磁性膜１１に結晶歪が導入される。結果的に、第１の磁性膜１１のｃ軸長とａ軸長に差異が生じ、磁気異方性エネルギーが増大する。また、第１の磁性膜１１と第３の磁性膜３１が直に接することで、高い磁気異方性エネルギーと高い飽和磁化が発生する。
【００２３】
従って、第１の構造を有する薄膜磁石と第２の構造を有する薄膜磁石は、いずれも高い磁気異方性エネルギーと高い飽和磁化を実現することができる。
【００２４】
[実施例１]
[構造]
続いて、第１の実施例に係る薄膜磁石の構造例を説明する。図２に、第１の実施例に係る薄膜磁石の層構造を示す。第１の実施例に係る薄膜磁石は、基板上に第１の構造を３段積層した構造を有している。
【００２５】
本実施例の場合、第１の磁性膜の組成はＦｅＣｏであり、第２の金属膜の組成はＴａであり、第３の磁性膜の組成はＮｄＦｅＢである。また、基板はＭｇＯ（１００）基板である。なお、ＦｅＣｏ、Ｔａ、ＮｄＦｅＢを組成とする膜の形成には、ＦｅＣｏ、Ｔａ、ＮｄＦｅＢに対応する３つのターゲットを有するスパッタリング装置を使用する。本装置の使用により、これら３つの膜を大気に曝すことなく、連続的に形成することができる。従って、各膜の間に酸化物を形成することなく、多層膜を形成することができる。なお、ここでの成膜は、Ａｒガスの雰囲気中で、圧力１ｍＴｏｒｒから１０ｍＴｏｒｒの下で行われる。
【００２６】
[製造方法]
以下に、本実施例に係る薄膜磁石の製造工程を示す。
(1) まず、ＭｇＯ（１００）基板４１の表面に、第２の金属膜となるＴａ膜２１１を２ｎｍ成膜する。
(2) 次に、第１の磁性膜となるＦｅＣｏ膜１１１を５ｎｍ成膜する。これにより、Ｔａ膜２１１の表面にはＦｅＣｏ膜１１１が直接形成される。
(3) さらに、第３の磁性膜となるＮｄＦｅＢ膜３１１を２０ｎｍ成膜する。これにより、ＦｅＣｏ膜１１１の表面にはＮｄＦｅＢ膜３１１が直接形成される。以上により、１段目の第１の構造が完成する。
(4) 次に、Ｔａ膜２１２を２ｎｍ成膜し、続いてＦｅＣｏ膜１１２を５ｎｍ成膜し、さらにＮｄＦｅＢ膜３１２を２０ｎｍ成膜する。これにより、２段目の第１の構造が完成する。
(5) 同様に、Ｔａ膜２１３を２ｎｍ成膜し、ＦｅＣｏ膜１１３を５ｎｍ成膜し、ＮｄＦｅＢ膜３１３を２０ｎｍ成膜する。これにより、３段目の第１の構造が完成する。
(6) 最後に、キャップ（保護層）となるＴａ層５１を５ｎｍ成膜する。これにより、基板４１上に、第１の構造を３段有する多層膜構造の薄膜磁石を製造することができる。
【００２７】
[技術的な効果]
ここで、ＦｅＣｏの格子定数は０．２８６８ｎｍであり、Ｔａの格子定数は０．３３０２ｎｍである。従って、ＦｅＣｏ膜とＴａ膜が直に接する境界面に格子不整合が生じる。このとき、ＦｅＣｏの境界面内の格子定数は、面直方向の格子定数よりも大きくなり、ＦｅＣｏに結晶歪が生じる。これより、ＦｅＣｏの磁気異方性エネルギーが増大する。
【００２８】
また、ＦｅＣｏはＦｅよりも飽和磁化が大きい。従って、第１の磁性膜として、ＦｅよりもＦｅＣｏを用いる方が、より高い飽和磁化を実現する上で望ましい。
【００２９】
また、ＦｅＣｏ膜はＮｄＦｅＢ膜と直に接している。このため、ＦｅＣｏとＮｄＦｅＢの間には交換相互作用が働き、高い磁気異方性エネルギーと高い飽和磁化が実現される。
【００３０】
以上のように、ＦｅＣｏ膜の一方の面には格子定数に差異を有するＴａ膜を直に（又は接して）形成し、ＦｅＣｏ膜の他方の面にはＮｄＦeＢを直に（又は接して）形成し、Ｔａ／ＦｅＣｏ／ＮｄＦｅＢを直に（又は接して）形成することにより、高い磁気異方性エネルギーと高い飽和磁化を有する薄膜磁石を実現することができる。
【００３１】
また、本実施例に係る薄膜磁石は、第１の構造を３段積層している。このため、第１の構造が１段だけの薄膜磁石に比して、磁気異方性エネルギーと飽和磁化がより高い薄膜磁石を実現することができる。
【００３２】
なお、本実施例の場合、ＦｅＣｏ膜１１１とＭｇＯ（１００）基板４１の間には、Ｔａ膜２１１が形成される。ここでのＴａ膜２１１は、ＦｅＣｏ膜１１１がＭｇＯ（１００）基板４１に直に接するのを防ぐ役割を果たしている。すなわち、Ｔａ膜２１１は、ＦｅＣｏ膜１１１がＭｇＯ（１００）基板４１により酸化されるのを防ぐバッファ層としても機能する。
【００３３】
[変形例]
本実施例では、基板としてＭｇＯ（１００）基板４１を用いているが、これ以外の基板、例えば熱酸化Ｓｉ基板やガラス基板も用いることができる。前者の場合、ＦｅＣｏは（１００）配向となるので、結晶性が優れる。一方、後者の場合、ＦｅＣｏは（１１０）配向となるので、結晶性はやや劣る。従って、ＭｇＯ（１００）基板の方が望ましい。
【００３４】
実際、種々の基板上にＦｅＣｏ２０ｎｍを成膜した時のＸ線回折測定結果を図６（ａ）及び（ｂ）に示す。図６（ａ）はＭｇＯ（１００）基板を用いる場合の測定結果であり、図６（ｂ）はＳｉ（１００）基板を用いる場合の測定結果である。
【００３５】
これらの図より、ＭｇＯ（１００）基板の場合、成膜されたＦｅＣｏは、基板の影響を受け（１００）配向となること、ＦｅＣｏのピーク強度が強く、半値幅は狭いこと、結晶性が良好であることが分かる。これに対し、Ｓｉ（１００）基板の場合、成膜したＦｅＣｏは、基板の影響を受けずに（１１０）配向となること、ＦｅＣｏのピーク強度は弱く、半値幅は広いこと、結晶性はやや劣ることが分かる。
【００３６】
また、本実施例では、第１の磁性膜としてのＦｅＣｏの膜厚をいずれも５ｎｍに設定した。ＦｅＣｏを単位格子以上の構成とするは、０．５ｎｍ以上の膜厚が必要である。一方、ＦｅＣｏは、膜厚が１００ｎｍ以上になると磁壁が形成される。従って、磁壁を含まない単磁区構造を実現するには、ＦｅＣｏの膜厚は１００ｎｍ以下が望ましい。従って、第１の磁性膜の膜厚は、０．５ｎｍ以上１００ｎｍ以下が望ましい。以下の実施例についても同様である。
【００３７】
同様に、本実施例では、第３の磁性膜としてのＮｄＦｅＢの膜厚をいずれも２０ｎｍに設定した。ＮｄＦｅＢを単位格子以上の構成とするには、１ｎｍ以上の膜厚が必要である。また、ＮｄＦｅＢについて、磁壁を含まない単磁区構造を実現するには、その膜厚は１００ｎｍ以下が望ましい。従って、第３の磁性膜の膜厚は、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下が望ましい。以下の実施例についても同様である。
【００３８】
また、本実施例の場合、第２の金属膜としてのＴａの膜厚をいずれも２ｎｍに設定した。Ｔａを単位格子以上の構成とするには、その膜厚が０．５ｎｍ以上であることが必要である。また、第１の磁性膜と第３の磁性膜の交換相互作用を強めるには、Ｔａの膜厚は１０ｎｍ以下であることが望ましい。従って、第２の金属膜の膜厚は、０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下が望ましい。以下の実施例についても同様である。
【００３９】
また、本実施例の場合、第２の金属膜としてＴａを用いたが、Ｎｂ、Ｖ、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｃｕ、Ａｇ又はこれらの合金を用いても同様の効果を得ることができる。ただし、第１の磁性膜であるＦｅＣｏは体心立方格子構造である。従って、これに接する第２の金属膜は、格子定数の差異のみにより、ＦｅＣｏに結晶歪を導入することが好ましい。このため、第２の金属膜は、ＦｅＣｏと同じ体心立方格子構造であることが望ましい。従って、第２の金属膜には、Ｔａ、Ｎｂ、Ｖ、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｃｕ、Ａｇのうち、特に、体心立方格子構造であるＴａ、Ｎｂ、Ｖ、Ｃｒが望ましい。以下の実施例についても同様である。
【００４０】
また、本実施例の場合、第３の磁性膜としてＮｄＦｅＢを用い、その組成は主にＮｄ２Ｆｅ１４Ｂであった。しかし、その組成が、ＳｍＣｏ５、Ｓｍ２Ｃｏ１７、Ｓｍ２Ｆｅ１７Ｎ３の希土類元素を含む強磁性体を用いても同様の効果を得ることができる。以下の実施例についても同様である。
【００４１】
また、本実施例の場合、第１の磁性膜、第２の金属膜、第３の磁性膜は、いずれも結晶であり、特許文献２において記述されているアモルファスとは異なる。結晶粒の大きさは、Ｘ線回折測定により雑音レベルよりも強い信号強度が得られる程度であり、概ね１０単位格子以上すなわち５ｎｍ以上である。以下の実施例についても同様である。
【００４２】
[実施例２]
[構造]
前述した実施例１では、Ｔａ層２１１をＭｇＯ(１００)基板４１の上に成膜し、ＦｅＣｏ膜１１１の酸化を防止している。もっとも、ＮｄＦｅＢ膜３１１の若干の酸化を許容できるのであれば、実施例２に係る薄膜磁石の採用が可能となる。図３に、第２の実施例に係る薄膜磁石の層構造を示す。第２の実施例に係る薄膜磁石は、基板上に第２の構造を３段積層した構造を有する。
【００４３】
因みに、図３には、図２と対応する部分に同一の符号を付して示している。また、第１の磁性膜の組成はＦｅＣｏであり、第２の金属膜の組成はＴａであり、第３の磁性膜の組成はＮｄＦｅＢである。また、基板はＭｇＯ（１００）基板である。
【００４４】
[製造方法]
以下に、本実施例に係る薄膜磁石の製造工程を示す。
(1) まず、ＭｇＯ（１００）基板４１の表面に、第３の磁性膜となるＮｄＦｅＢ膜３１１を成膜する。
(2) 次に、第１の磁性膜となるＦｅＣｏ膜１１１を成膜する。これにより、ＮｄＦｅＢ膜３１１の表面にはＦｅＣｏ膜１１１が直接形成される。
(3) さらに、第２の金属膜となるＴａ膜２１１を成膜する。これにより、ＦｅＣｏ膜１１１の表面にはＴａ膜２１１が直接形成される。以上により、１段目の第２の構造が完成する。
(4) 次に、ＮｄＦｅＢ膜３１２を成膜し、続いてＦｅＣｏ膜１１２を成膜し、さらにＴａ膜２１２を成膜する。これにより、２段目の第２の構造が完成する。
(5) 同様に、ＮｄＦｅＢ膜３１３を成膜し、続いてＦｅＣｏ膜１１３を成膜し、最後にキャップを兼用するＴａ膜５１を成膜する。これにより、３段目の第２の構造が完成する。以上により、第２の構造を３段有する多層膜構造の薄膜磁石を製造することができる。
【００４５】
[技術的な効果] 本実施例に係る薄膜磁石と実施例１に係る薄膜磁石との構造上の違いは、第１の磁性膜に対する第２の金属膜と第３の磁性膜の位置関係が上下反対であることのみである。従って、本実施例に係る薄膜磁石の場合にも、実施例１に係る薄膜磁石と同様の効果を実現することができる。
【００４６】
また、本実施例に係る薄膜磁石は、第２の構造を３段積層している。このため、第２の構造が１段だけの薄膜磁石に比して、磁気異方性エネルギーと飽和磁化がより高い薄膜磁石を実現することができる。
【００４７】
なお、本実施例の場合には、第１の磁性膜の上面に形成する第２の金属膜をキャップとして兼用している。このため、薄膜磁石を形成するＴａ膜の数が実施例１より１つ少なく済む。従って、希少金属であるＴａの使用量を実施例１に比して削減することができる。
【００４８】
[実施例３]
ここでは、希少金属の使用量を削減することが可能な他の構造例について説明する。多層膜構造の薄膜磁石については、非特許文献２及び３においても検討されている。これらの従来例は、Ｆｅ膜とＣｏ膜を交互に積層させて多層膜を形成する。すなわち、従来例は、Ｆｅ／Ｃｏの構成を周期とし、当該周期を複数回繰り返す成膜プロセスにより多層膜を形成する。１周期の単位は、Ｆｅ／Ｃｏという比較的単純な構成である。
【００４９】
一方、第１及び第２の実施例に係る薄膜磁石は、ＦｅＣｏの一方の面にＴａ（第２の金属層）を直に形成して結晶歪を生じさせると共に、ＦｅＣｏの他方の面にＮｄＦｅＢ（第３の磁性層）を直に形成させて交換相互作用を働かせ、高い磁気異方性エネルギーと高い飽和磁化を実現する。すなわち、第１及び第２の実施例に係る薄膜磁石は、Ｔａ／ＦｅＣｏ／ＮｄＦｅＢ又はＮｄＦｅＢ／ＦｅＣｏ／Ｔａの構造を周期とし、当該周期を複数回繰り返す成膜プロセスにより多層膜を形成する。
【００５０】
これに対し、本実施例では、Ｔａ／ＦｅＣｏ／ＮｄＦｅＢ／ＦｅＣｏの構造を周期とし、当該周期を複数回繰り返す成膜プロセスにより多層膜を形成する。図４に、本実施例に係る薄膜磁石の層構造を示す。基板４１の上面には、Ｔａ膜２１１、ＦｅＣｏ膜１１１、ＮｄＦｅＢ膜３１１、ＦｅＣｏ膜１１２、Ｔａ膜２１２、ＦｅＣｏ膜１１３、ＮｄＦｅＢ膜３１２、ＦｅＣｏ膜１１４、Ｔａ膜５１が順番に形成される。
【００５１】
この構造の場合、第１層目〜第３層目までの部分が第１の構造（図１（ａ））を形成し、第３層目〜第５層目までの部分が第２の構造（図１（ｂ））を形成し、第５層目〜第７層目までの部分が第１の構造（図１（ａ））を形成し、第７層目〜第９層目までの部分が第２の構造（図１（ｂ））を形成する。
【００５２】
すなわち、本実施例の場合、多層膜中に、第１の磁性膜（ＦｅＣｏ）を４層、すなわち基本構造を４つ有する薄膜磁石を形成することができる。これにより、実施例１及び２に係る薄膜磁石に比しても、磁気異方性エネルギーと飽和磁化が一段と高い薄膜磁石を実現することができる。
【００５３】
しかも、この実施例の場合、第３の磁性膜の数は２つであり、第１及び第２の実施例よりも少なく済む。ここで、第３の磁性膜を形成するＮｄＦｅＢにおけるＮｄは希少金属である。このため、本実施例に係る薄膜磁石の場合、Ｎｄの使用量を第１及び第２の実施例に比して削減することができる。同じく、この実施例の場合、希少金属であるＴａを使用する層の数も３つである。従って、４つの層が必要な第１の実施例に比して、Ｔａの使用量も削減することができる。
【００５４】
[実施例４]
[構造]
前述した実施例１〜３に係る薄膜磁石は、いずれも基板として、ＭｇＯ（１００）基板４１を使用した。このため、基板上に成膜されたＴａやＦｅＣｏは、いずれも（１００）配向であった。また、成膜したＮｄＦｅＢは、ｃ軸（すなわち、磁化容易軸）が基板面に垂直であった。
【００５５】
しかし、ＦｅＣｏとＮｄＦｅＢとの間の交換相互作用を強めるには、ＮｄＦｅＢのｃ軸（すなわち、磁化容易軸）は基板面に平行であることが望ましい。
【００５６】
このために、本実施例４では、基板として、ＭｇＯ（１１０）基板を使用する薄膜磁石を説明する。図５に、第４の実施例に係る薄膜磁石の層構造を示す。この実施例の場合、ＭｇＯ（１１０）基板４２の上に積層したＴａ膜２２１を下地とし、その上面に、第２の構造を３段積層する。
【００５７】
[製造方法]
以下に、本実施例に係る薄膜磁石の製造工程を示す。
(1) まず、ＭｇＯ（１１０）基板４２の表面に、第２の金属膜となるＴａ膜２２１を２ｎｍ成膜する。このとき、Ｔａ膜２２１は、（１１０）配向となる。
(2) 次に、第３の磁性膜となるＮｄＦｅＢ３２１を２０ｎｍ成膜する。このとき、ＮｄＦｅＢは、（１１０）配向に成膜された下地層（Ｔａ２２１）の影響を受け、ｃ軸（すなわち、磁化容易軸）は基板面に平行となるように形成される。
(3) 続いて、ＦｅＣｏ膜１２１を成膜し、さらにＴａ膜２２２を成膜する。これにより、１段目の第２の構造が完成する。
(4) その後、ＮｄＦｅＢ膜３２２を成膜し、続いてＦｅＣｏ膜１２２を成膜し、さらにＴａ膜２２３を成膜する。これにより、２段目の第２の構造が完成する。
(5) 同様に、ＮｄＦｅＢ膜３２３を成膜し、ＦｅＣｏ膜１２３を成膜し、最後にキャップを兼用するＴａ膜５２を５ｎｍ成膜する。これにより、３段目の第２の構造が完成する。以上により、第２の構造を３段有する多層膜構造の薄膜磁石を製造することができる。
【００５８】
[技術的な効果]
本実施例の構成により、ｃ軸（すなわち、磁化容易軸）が基板面に平行なＮｄＦｅＢを形成することができる。また、本実施例の場合も、ＦｅＣｏはＮｄＦｅＢの表面と直に接して形成される。このため、ＦｅＣｏとＮｄＦｅＢの間には実施例１よりも大きな交換相互作用が働き、高い磁気異方性エネルギーと高い飽和磁化を実現することができる。
【００５９】
[変形例]
本実施例では、基板としてＭｇＯ（１１０）基板４２を用いているが、これ以外の基板、例えばＳｒＴｉＯ３（１１０）基板又はＡｌ２Ｏ３（１１−２０）基板（Ａｌ２Ｏ３Ａ面基板）も用いることができる。この場合、Ｔａは（１１０）配向、ＮｄＦｅＢはｃ軸（すなわち、磁化容易軸）が基板面に平行となり、同様の効果を得ることができる。
【００６０】
[他の実施例]
なお、本発明は上述した形態例に限定されるものでなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上述した形態例は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある形態例の一部を他の形態例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある形態例の構成に他の形態例の構成を加えることも可能である。また、各形態例の構成の一部について、他の構成を追加、削除又は置換することも可能である。
【符号の説明】
【００６１】
１１…第１の磁性膜
２１…第２の金属膜
３１…第３の磁性膜
１１１、１１２、１１３、１１４、１２１、１２２、１２３…ＦｅＣｏ膜
２１１、２１２、２１３、２２１、２２２、２２３…Ｔａ膜
３１、３１１、３１２、３１３、３２１、３２２、３２３…ＮｄＦｅＢ膜
４１…ＭｇＯ（１００）基板
４２…ＭｇＯ（１１０）基板
５１、５２…Ｔａ膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
該基板上に形成された第１の磁性膜と、第２の金属膜と、第３の磁性膜とから少なくとも構成され、
前記第１の磁性膜の一方の面は、前記第２の金属膜及び前記第３の磁性膜のうちの一方の膜と接し、第１の磁性膜の他方の面は、前記第２の金属膜及び前記第３の磁性膜のうちの他方の膜と接し、
前記第１の磁性膜は、Ｆｅ又はＦｅとＣｏの合金からなり、
前記第２の金属膜は、Ｔａ、Ｎｂ、Ｖ、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｃｕ、Ａｇの群から選ばれた一つ以上の金属からなり、
前記第３の磁性膜は、希土類元素を含む強磁性体からなる
ことを特徴とする薄膜磁石。
【請求項２】
請求項１に記載の薄膜磁石は、
下層側から順番に、前記第２の金属膜、前記第１の磁性膜及び前記第３の磁性膜を積層した単位周期を複数周期積層した多層膜である
ことを特徴とする薄膜磁石。
【請求項３】
請求項１に記載の薄膜磁石は、
下層側から順番に、前記第３の磁性膜、前記第１の磁性膜及び前記第２の金属膜を積層した単位周期を複数周期積層した多層膜である
ことを特徴とする薄膜磁石。
【請求項４】
請求項１に記載の薄膜磁石は、
下層側から順番に、前記第２の金属膜、前記第１の磁性膜、前記第３の磁性膜及び前記第１の磁性膜を積層した単位周期を複数周期積層した多層膜である
ことを特徴とする薄膜磁石。
【請求項５】
請求項１に記載の薄膜磁石において、
前記第１の磁性膜の膜厚は０．５ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、
前記第３の磁性膜の膜厚は１ｎｍ以上１００ｎｍ以下である
ことを特徴とする薄膜磁石。
【請求項６】
請求項１に記載の薄膜磁石において、
前記基板は、ＭｇＯ（１００）基板、熱酸化Ｓｉ基板又はガラス基板である
ことを特徴とする薄膜磁石。
【請求項７】
請求項１に記載の薄膜磁石において、
前記基板は、ＭｇＯ（１１０）基板、ＳｒＴｉＯ３（１１０）基板又はＡｌ２Ｏ３（１１−２０）基板である
ことを特徴とする薄膜磁石。
【請求項１】
基板と、
該基板上に形成された第１の磁性膜と、第２の金属膜と、第３の磁性膜とから少なくとも構成され、
前記第１の磁性膜の一方の面は、前記第２の金属膜及び前記第３の磁性膜のうちの一方の膜と接し、第１の磁性膜の他方の面は、前記第２の金属膜及び前記第３の磁性膜のうちの他方の膜と接し、
前記第１の磁性膜は、Ｆｅ又はＦｅとＣｏの合金からなり、
前記第２の金属膜は、Ｔａ、Ｎｂ、Ｖ、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｃｕ、Ａｇの群から選ばれた一つ以上の金属からなり、
前記第３の磁性膜は、希土類元素を含む強磁性体からなる
ことを特徴とする薄膜磁石。
【請求項２】
請求項１に記載の薄膜磁石は、
下層側から順番に、前記第２の金属膜、前記第１の磁性膜及び前記第３の磁性膜を積層した単位周期を複数周期積層した多層膜である
ことを特徴とする薄膜磁石。
【請求項３】
請求項１に記載の薄膜磁石は、
下層側から順番に、前記第３の磁性膜、前記第１の磁性膜及び前記第２の金属膜を積層した単位周期を複数周期積層した多層膜である
ことを特徴とする薄膜磁石。
【請求項４】
請求項１に記載の薄膜磁石は、
下層側から順番に、前記第２の金属膜、前記第１の磁性膜、前記第３の磁性膜及び前記第１の磁性膜を積層した単位周期を複数周期積層した多層膜である
ことを特徴とする薄膜磁石。
【請求項５】
請求項１に記載の薄膜磁石において、
前記第１の磁性膜の膜厚は０．５ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、
前記第３の磁性膜の膜厚は１ｎｍ以上１００ｎｍ以下である
ことを特徴とする薄膜磁石。
【請求項６】
請求項１に記載の薄膜磁石において、
前記基板は、ＭｇＯ（１００）基板、熱酸化Ｓｉ基板又はガラス基板である
ことを特徴とする薄膜磁石。
【請求項７】
請求項１に記載の薄膜磁石において、
前記基板は、ＭｇＯ（１１０）基板、ＳｒＴｉＯ３（１１０）基板又はＡｌ２Ｏ３（１１−２０）基板である
ことを特徴とする薄膜磁石。
【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２０１２−２３５００３（Ｐ２０１２−２３５００３Ａ）
【公開日】平成２４年１１月２９日（２０１２．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０３４３３（Ｐ２０１１−１０３４３３）
【出願日】平成２３年５月６日（２０１１．５．６）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月２９日（２０１２．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月６日（２０１１．５．６）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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