高周波用磁性材料、高周波用磁性材料の製造方法、アンテナおよび携帯電話。
【課題】高周波域において、透磁率実部μ’と透磁率虚部μ”の比（μ”／μ’）が小さな、優れた高周波用磁性材料、高周波用磁性材料の製造方法、アンテナ、および携帯電話を提供する。
【解決手段】基板１２と、この基板１２上の複数の平板体を形成する磁性相１４と、磁性相の間隙を充填する絶縁体相１６とから成る複合磁性膜１８とを備え、磁性相１４が非晶質であり、基板１２の表面に平行な面内における、絶縁体相１６の伸長方向の平均をＸ軸方向、同面内においてＸ軸と直交する方向をＹ軸方向、基板１２の法線方向をＺ軸方向とする直交座標系の、Ｙ−Ｚ平面において、平板体の長手方向がＺ軸方向から傾斜し、Ｘ−Ｙ平面において、面内一軸異方性を有することを特徴とする高周波用磁性材料１０、この高周波用磁性材料１０の製造方法、この高周波用磁性材料１０を用いたアンテナ装置および携帯電話。
【解決手段】基板１２と、この基板１２上の複数の平板体を形成する磁性相１４と、磁性相の間隙を充填する絶縁体相１６とから成る複合磁性膜１８とを備え、磁性相１４が非晶質であり、基板１２の表面に平行な面内における、絶縁体相１６の伸長方向の平均をＸ軸方向、同面内においてＸ軸と直交する方向をＹ軸方向、基板１２の法線方向をＺ軸方向とする直交座標系の、Ｙ−Ｚ平面において、平板体の長手方向がＺ軸方向から傾斜し、Ｘ−Ｙ平面において、面内一軸異方性を有することを特徴とする高周波用磁性材料１０、この高周波用磁性材料１０の製造方法、この高周波用磁性材料１０を用いたアンテナ装置および携帯電話。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波用磁性材料、高周波用磁性材料の製造方法、アンテナおよび携帯電話に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在の携帯機器で使用される電波の周波数帯域は、ＧＨｚ帯にまで高周波化している。しかし、例えば、携帯機器のアンテナが電磁波を放射する際、金属がアンテナ近傍に存在すると、金属内に生じる誘導電流により電磁波の放射が妨げられてしまう。そこで、アンテナ近傍に高周波用磁性材料（高周波域において、高い透磁率を示す材料）を配置することで、不要な誘導電流の発生を抑制し、高周波域の電波通信を安定化できると考えられている。
【０００３】
通常の高透磁率部材としては、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉなどを主成分とする金属、合金、その酸化物が用いられる。金属もしくは合金の高透磁率部材は、電波の周波数が高くなると渦電流により電波の伝送損失が顕著になるため、高周波用磁性材料としては適さない。
【０００４】
一方、フェライトに代表される酸化物の磁性体は、高抵抗であるため渦電流による伝送損失は抑えられるが、共鳴周波数が数百ＭＨｚであるため、それ以上の高周波域では共鳴による伝送損失が顕著になり、やはり高周波用磁性材料としては適さない。
【０００５】
このため、ＧＨｚ帯域までの高周波域で磁気特性の優れた高周波用磁性材料の開発が求められている。優れた高周波用磁性材料とは、高周波域において、高抵抗で、透磁率実部μ’が大きく、透磁率の損失成分を示す透磁率虚部μ”が小さい、すなわちμ”／μ’が小さい材料である。
【０００６】
このような高周波用磁性材料を作製する試みとして、スパッタリング法などの薄膜技術を用いてグラニュラー構造を有する高透磁率ナノグラニュラー材料が作製されている。ここで、グラニュラー構造とは、絶縁体マトリクスの中に、磁性金属微粒子が分散している構造で、高周波域においても優れた特性を示すことが確認されている（例えば、非特許文献１）。しかしながら、グラニュラー構造では、磁性金属微粒子の高周波用磁性材料中の体積百分率を向上させ、さらなる高透磁率化を図ることが困難である。
【０００７】
また、グラニュラー構造からさらに磁性金属の高周波用磁性材料中の体積百分率を向上させた材料として、柱状構造から成る高透磁率材料が作製されている。これは、絶縁体マトリクスの中に、柱状体の磁性金属が分散している構造で、高周波域においてグラニュラー構造よりも高い透磁率を示すことが確認されている（例えば、非特許文献２）。
【０００８】
しかし柱状構造を有する材料では、結晶配向の乱れなどに起因する磁気的な異方性分散が大きいため、高周波域での損失成分μ”が大きく、μ”／μ’が大きいという問題点があった。
【非特許文献１】Ｓ．Ｏｈｎｕｍａ ｅｔ ａｌ．， “Ｈｉｇｈ−ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｉｎ ｍｅｔａｌ−ｎｏｎｍｅｔａｌ ｇｒａｎｕｌａｒ ｆｉｌｍｓ”， Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ ７９（８） ｐｐ．５１３０−５１３５（１９９６）
【非特許文献２】Ｎ．Ｈａｙａｓｈｉ ｅｔ ａｌ．， “Ｓｏｆｔ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｎｄ Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ Ｎｉ８１Ｆｅ１９／（Ｆｅ７０Ｃｏ３０）９９（Ａｌ２Ｏ３）１） Ｆｉｌｍｓ Ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ ｂｙ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ”， Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ｊａｐａｎ ２９[４] ｐｐ．１６１１−１６１４（２００４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記事情を考慮してなされたものであり、その目的とするところは、高周波域において、透磁率実部μ’と透磁率虚部μ”の比（μ”／μ’）が小さな、優れた高周波用磁性材料、高周波用磁性材料の製造方法、アンテナおよび携帯電話を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様の高周波用磁性材料は、基板と、前記基板上に形成され、複数の平板体を形成する磁性相と、前記磁性相の間隙を充填する絶縁体相とから成る複合磁性膜とを具備し、前記磁性相が非晶質であり、前記基板の表面に平行な面内における、前記絶縁体相の伸長方向の平均をＸ軸方向、同面内において前記Ｘ軸方向と直交する方向をＹ軸方向、前記基板の法線方向をＺ軸方向とする直交座標系の、Ｙ−Ｚ平面において、前記平板体の長手方向が前記Ｚ軸方向から傾斜し、Ｘ−Ｙ平面において、Ｙ軸方向を中心にした±２０°の範囲に、最小異方性磁界Ｈｋ１を有し、Ｘ−Ｙ平面において、Ｘ軸方向を中心にした±２０°の範囲に、最大異方性磁界Ｈｋ２を有し、Ｈｋ２／Ｈｋ１≧３、Ｈｋ２≧３．９８×１０３Ａ／ｍの面内一軸異方性を有することを特徴とする。
【００１１】
ここで、前記Ｘ−Ｙ平面において、前記Ｘ軸方向の単位長さ当たりに存在する絶縁体相の数の平均値ａと、前記Ｙ軸方向の単位長さ当たりに存在する絶縁体相の数の平均値ｂとの比が、ｂ／ａ≧３であり、前記Ｙ―Ｚ平面において、前記平板体の長手方向とＺ軸方向との成す角度αが、１０°≦α≦８０°であることが望ましい。
【００１２】
ここで、前記平板体同士の間隔ｃの平均値ｃａｖｅが、１ｎｍ≦ｃａｖｅ≦１０ｎｍであることが望ましい。
【００１３】
ここで、前記磁性相をＭ、前記絶縁体相をＩ、前記複合磁性膜をＭｘＩ（１−ｘ）と表記する場合に、０．８０≦ｘ≦０．９５であることが望ましい。
【００１４】
ここで、前記磁性相が少なくともＦｅとＢ（ホウ素）とを含有し、前記絶縁体相が少なくとも酸化物を含有することが望ましい。
【００１５】
ここで、前記磁性相に含まれるＢの、前記磁性相全体に対する割合ｙが、１０ａｔ％≦ｙ≦３０ａｔ％であることが望ましい。
【００１６】
ここで、前記磁性相が少なくともＮｂまたはＺｒまたはＨｆのいずれかひとつを含有し、
ＮｂまたはＺｒまたはＨｆの合計の、前記磁性相全体に対する割合ｚが、１ａｔ％≦ｚ≦７ａｔ％、かつ、前記磁性相に含まれるＢの割合ｙが、５ａｔ％≦ｙ≦２０ａｔ％であることが望ましい。
【００１７】
ここで、前記磁性相が少なくともＦｅとＣｏとを含有することが望ましい。
【００１８】
ここで、前記ＦｅとＣｏの和に対する、Ｃｏの割合ｗが、２０ａｔ％≦ｗ≦４０ａｔ％であることが望ましい。
【００１９】
ここで、前記複合磁性膜中に、前記基板に平行な複数の絶縁体層が介在していることが望ましい。
【００２０】
ここで、前記絶縁体層の膜厚が、５ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが望ましい。
【００２１】
ここで、前記複合磁性膜において、前記Ｙ軸方向に１μｍ≦ｄ≦１ｍｍの間隔ｄで細分化され、前記Ｘ軸方向にｅ／ｄ≦１００となる間隔ｅで細分化されていることが望ましい。
【００２２】
本発明の一態様の高周波用磁性材料の製造方法は、スパッタ法を用い、磁界中にて、蒸着粒子の入射方向と基板の法線方向との成す角度の平均値βが、１０°≦β≦８０°となるように、前記基板を固定して形成することを特徴とする。
【００２３】
本発明の一態様のアンテナは、給電端子と、一端に前記給電端子が接続されるアンテナエレメントと、前記アンテナエレメントから放射される電磁波の伝送損失を抑制するための高周波用磁性材料を具備するアンテナであって、前記高周波用磁性材料が、上記本発明の一態様の高周波用磁性材料であることを特徴とする。
【００２４】
本発明の一態様の携帯電話は、上記本発明の一態様のアンテナを具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、高周波域において、透磁率実部μ’と透磁率虚部μ”の比（μ”／μ’）が小さな、優れた高周波用磁性材料、高周波用磁性材料の製造方法、アンテナおよび携帯電話を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。
【００２７】
発明者らは、磁性材料において、磁性相を非晶質にすることで、高周波域において、磁気的な異方性分散を抑制し、かつ、磁性相を傾斜した平板体構造にすることで、大きな格子歪みと形状磁気異方性を付与し、異方性磁界を増大させ、非晶質の柱状構造を有する複合磁性膜よりも、透磁率の損失成分を低減できることを見出した。本発明は、発明者らによって見出された上記知見に基づき完成されたものである。
【００２８】
なお、本明細書中、非晶質とは、Ｘ線回折におけるＦｅの最強ピークの半値幅が、３．０以上の状態をいう。
【００２９】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態の高周波用磁性材料は、基板と、この基板上に形成され、複数の平板体を形成する磁性相と、磁性相の間隙を充填する絶縁体相とから成る複合磁性膜とを備えている。そして、この磁性相が非晶質であり、基板の表面に平行な面内における、絶縁体相の伸長方向の平均をＸ軸方向、同面内においてＸ軸方向と直交する方向をＹ軸方向、基板の法線方向をＺ軸方向とする直交座標系の、Ｙ−Ｚ平面において、平板体の長手方向がＺ軸方向から傾斜し、Ｘ−Ｙ平面において、Ｙ軸方向を中心にした±２０°の範囲に、最小異方性磁界Ｈｋ１を有し、Ｘ−Ｙ平面において、Ｘ軸方向を中心にした±２０°の範囲に、最大異方性磁界Ｈｋ２を有している。そして、この高周波用磁性材料は、Ｈｋ２／Ｈｋ１≧３、Ｈｋ２≧３．９８×１０３Ａ／ｍの面内一軸異方性を有する
【００３０】
図１は、本実施の形態の高周波用磁性材料の構造を示す図である。図１（ａ）が斜視図、図１（ｂ）がＸ−Ｙ平面の上面図、図１（ｃ）がＹ−Ｚ平面の断面図である。
【００３１】
図示する高周波用磁性材料１０は、複数の平板体を形成する磁性相１４を備える。図１（ｂ）に示すように、磁性相１４は、基板１２上に、基板１２の表面に平行な面内、すなわちＸ−Ｙ平面において一方向に扁平している。また、図１（ｃ）に示すように、高さ方向すなわち、Ｙ−Ｚ平面における平板体の長手方向が、この基板１２の法線方向、すなわち、Ｚ軸方向から角度αだけ傾斜している。そして、この磁性相１４は非晶質である。磁性相１４としては、例えば、Ｆｅに、Ｂ、Ｐ、Ｃのうち少なくとも一つの元素を含有する材料が適用可能である。
【００３２】
上述のように磁性相１４を平板体かつ非晶質とすることにより、高周波域において、磁性金属の高い体積率、すなわち高い透磁率を保ちながら、磁気的な異方性分散を抑制し、非晶質の柱状構造や、結晶質の平板体構造を有する複合磁性膜よりも、透磁率の損失成分を低減することが可能となる。
【００３３】
また、上述のように磁性相１４である平板体の高さ方向が、基板１２の法線方向から傾斜していることにより、大きな格子歪みと、傾斜方向へ磁化しやすくなる形状磁気異方性を付与することができる。このため、基板に対して垂直に立つ柱状構造や平板体構造よりも、異方性磁界を大きくすることができる。その結果、共鳴周波数の高周波化、高周波域での透磁率の損失成分の低減が可能となる。
【００３４】
平板体の間には、絶縁体相１６が充填されている。磁性相１４と絶縁体相１６を合わせた部分を、複合磁性膜１８とする。
【００３５】
絶縁体相１６は、基板１２の表面に平行な面内において、平板体の扁平方向と同じ方向に伸長した構造となっている。ここで、上述のように、絶縁体相１６の伸長方向の平均の方向をＸ軸方向、同面内において、Ｘ軸方向と直交する方向をＹ軸方向とする。絶縁体相１６の伸長方向は、高周波用磁性材料１０の、基板１２に平行な表面の任意の２ヶ所を、透過型電子顕微鏡を用いて（倍率１００万倍）観察し、各観察写真の中心部１００ｎｍ四方に相当する範囲において、２０ｎｍ以上伸長する絶縁体相１６を選択し、選択した絶縁体相１６の中心の任意の１点と、それと２０ｎｍ離れた同じ絶縁体相１６の１点とを結んだ直線の方向とする。各観察写真において、任意の１０本の直線を引き、計２０本の直線の平均値を、絶縁体相１６の伸長方向の平均の方向とする。
【００３６】
また、基板１２の法線方向をＺ軸方向とし、上述のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸からなる直交座標系を定める。
【００３７】
上述のように、高周波用磁性材料１０は、Ｘ−Ｙ平面において、Ｙ軸方向を中心にした±２０°の範囲に、最小異方性磁界Ｈｋ１を有し、Ｘ−Ｙ平面において、Ｘ軸方向を中心にした±２０°の範囲に、最大異方性磁界Ｈｋ２を有し、Ｈｋ２／Ｈｋ１≧３、Ｈｋ２≧３．９８×１０３Ａ／ｍ（＝５０Ｏｅ）の面内一軸異方性を有する。
【００３８】
本実施の形態の高周波用磁性材料は、上記範囲の面内一軸異方性を備えることにより、高周波域における透磁率の損失成分を低減することが可能となる。
【００３９】
面内一軸異方性を有することにより、高周波域において、透磁率の損失成分の低減が可能となるのは、以下のように考えられる。すなわち、最大異方性磁界と、透磁率の共鳴周波数は比例関係にあり、Ｈｋ２≧３．９８×１０３Ａ／ｍとすることで、１ＧＨｚ以上の共鳴周波数が達成できる。そして、Ｈｋ２≧３．９８×１０３Ａ／ｍを得るには、Ｈｋ２／Ｈｋ１≧３を満たす面内一軸異方性を付与することが有効である。このように、面内一軸異方性を有することにより、磁気特性が等方的な場合よりも、最大異方性磁界を大きくすることができ、結果的に、高周波域でのμ”／μ’を小さくすることが可能となるのである。
【００４０】
このような磁気的な異方性は、磁性相１４である平板体が、Ｚ軸方向から傾斜していることにより、大きな格子歪みと、傾斜方向へ磁化しやすい形状磁気異方性が付与された結果、得ることができる。
【００４１】
このように、磁性相１４が非晶質であり、かつ磁性相１４がＸ軸方向に扁平し、Ｚ軸方向から傾斜した平板体構造であり、Ｘ−Ｙ平面の最小異方性磁界をＨｋ１、最大異方性磁界をＨｋ２とする場合に、Ｈｋ２／Ｈｋ１≧３、Ｈｋ２≧３．９８×１０３Ａ／ｍとなる面内一軸異方性を備えることにより、従来の磁性材料と比較して、高周波域における透磁率の損失成分を大幅に低減することが可能となる。
【００４２】
Ｘ−Ｙ平面において、Ｘ軸方向の単位長さ当たりに存在する絶縁体相１６の数の平均値ａと、Ｙ軸方向の単位長さ当たりに存在する絶縁体相１６の数の平均値ｂとの比は、ｂ／ａ≧３であることが好ましい。ここで、高周波用磁性材料１０の、基板に平行な表面の任意の２ヶ所を、透過型電子顕微鏡を用いて（倍率４０万倍）観察し、各観察写真において、任意の１０点、計２０点を選択する。各点を中心に、Ｘ軸方向とＹ軸方向に２００ｎｍの長さの直線を引き、Ｘ軸方向の直線を横切る絶縁体相１６の数の平均値をａ、Ｙ軸方向の直線を横切る絶縁体相１６の数の平均値をｂとする。ｂ／ａが３より小さいと、磁性相１４の体積百分率が下がって、透磁率が低下するおそれがある。
【００４３】
Ｙ―Ｚ平面において、平板体の長手方向とＺ軸方向との成す角度α（図１（ｃ））は、１０°≦α≦８０°であることが好ましい。αが１０°より小さいと、形状磁気異方性が小さく、十分な最大異方性磁界を得られないおそれがある。また、αが８０°より大きいと、均質な膜を作製することができない。
【００４４】
平板体同士の間隔ｃ（図１（ｂ））の平均値ｃａｖｅが、１ｎｍ≦ｃａｖｅ≦１０ｎｍであることが好ましい。ここで、高周波用磁性材料１０の、基板１２に平行な表面の任意の２ヶ所を、透過型電子顕微鏡を用いて（倍率４０万倍で）観察する。そして、各観察写真の中心部１００ｎｍ四方に相当する範囲に含まれる、すべての平板体について、それと隣接する平板体との最短距離を測定し、それらすべての値の平均値をｃａｖｅとする。
【００４５】
ｃが１ｎｍより小さいと、平板体構造を形成しにくくなり、十分な最大異方性磁界を得られないおそれがある。また、ｃが１０ｎｍより大きいと、磁性相１４の体積百分率が下がって、透磁率が低下するおそれがある。
【００４６】
磁性相１４をＭ、絶縁体相１６をＩ、複合磁性膜１８をＭｘＩ（１−ｘ）とすると、０．８０≦ｘ≦０．９５であること、すなわち、複合磁性膜１８に占める磁性相１４の割合が、８０ｍｏｌ％以上９５ｍｏｌ％以下が好ましい。磁性相１４が８０ｍｏｌ％より少ないと、磁性相１４の体積百分率が下がってグラニュラー構造となり、透磁率が低下するおそれがある。磁性相１４が９５ｍｏｌ％より大きいと、平板体同士が凝集して保磁力が増大し、透磁率の損失が増大するおそれがある。
【００４７】
磁性相１４は、少なくともＦｅとＢ（ホウ素）とを含むことが望ましい。ＦｅにＢを添加することで、Ｆｅの平板体を、非晶質化することが容易になる。
【００４８】
磁性相１４に含まれるＢの割合ｙは、１０ａｔ％≦ｙ≦３０ａｔ％であることが好ましい。Ｂが１０ａｔ％より少ないと、Ｆｅの平板体の非晶質化が困難になり、３０ａｔ％より多いと、Ｆｅの割合が減り、透磁率が低くなってしまう。
【００４９】
磁性相１４は、少なくともＮｂまたはＺｒまたはＨｆのうちのいずれかひとつを含有し、ＮｂまたはＺｒまたはＨｆの合計の、磁性相１４全体に対する割合ｚが、１ａｔ％≦ｚ≦７ａｔ％、かつ、磁性相１４に含まれるＢの割合ｙが、５ａｔ％≦ｙ≦２０ａｔ％であることが望ましい。Ｆｅに、少なくともＮｂまたはＺｒまたはＨｆのうちのいずれかひとつを添加すると、Ｆｅの結晶化温度が向上してＦｅの非晶質化を促す効果があり、加えてＢを添加することで、Ｆｅの非晶質化度合いの調整が容易になる。ｚが１ａｔ％より少ないと、Ｆｅの結晶化温度が向上しないため、Ｆｅの非晶質化は促進されず、７ａｔ％より多いと、Ｆｅの割合が減り、透磁率が低くなるおそれがある。また、ｙが５ａｔ％より少ないと、Ｆｅが非晶質化せず、２０ａｔ％より多いと、Ｆｅの割合が減り、透磁率が低くなるおそれがある。
【００５０】
磁性相１４が非晶質であることは、Ｘ線回折パターンや、電子線回折パターンから判断できる。Ｘ線回折パターンでは、結晶の場合のようなシャープな強いピークではなく、ブロードな弱いピークが現れる。電子線回折パターンでは、明瞭なスポットではなく、ハローリングが現れる。本明細中における非晶質とは、Ｘ線回折におけるＦｅの最強ピークの半値幅が、３．０以上の状態とすることは上述したとおりである。
【００５１】
結晶質の平板体の場合、結晶配向の乱れがある（すなわち多結晶である）と、磁気的な異方性分散が大きく、透磁率の損失成分（透磁率虚部μ”）が増大してしまうが、非晶質の場合、結晶配向の乱れが無いため、磁気的な異方性分散が極めて小さく、μ”も小さくすることができる。
【００５２】
また、金属を非晶質化すると、結晶の金属よりも電気抵抗を大きくすることができる。つまり、磁性相を非晶質の傾斜した平板体とすることで、高い共鳴周波数、高周波域で高透磁率、低損失、高抵抗を示す、優れた高周波用磁性材料１０を作製することができる。
【００５３】
透磁率をより高くするには、ＦｅとＣｏを混合することが好ましく、ＦｅＣｏ中のＣｏの割合が２０ａｔ％以上４０ａｔ％以下であることが好ましい。
【００５４】
本実施の形態の絶縁体相１６は、図１に示すように、磁性相１４の平板体の間隙を充填している。この絶縁体相１６の材料は、渦電流による伝送損失は抑える観点から、室温で１×１０２Ω・ｃｍ以上の電気抵抗を有することが望ましい。
【００５５】
このような絶縁体相１６として、例えばＭｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｃａ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｂａ，Ｓｒ，Ｚｎ，Ｍｎ，Ｈｆ、および希土類元素（Ｙを含む）から選ばれる金属の酸化物、窒化物、炭化物およびフッ化物などが挙げられる。成膜の容易さ、コストの面などから、特に酸化物、中でもシリコン酸化物またはアルミニウム酸化物であることが好ましい。
絶縁体相１６は、磁性金属元素を３０ｍｏｌ％以下含むことを許容する。磁性金属元素の量が３０ｍｏｌ％を超えると、絶縁体相１６の電気抵抗率が低下し、複合磁性膜１８全体の磁気特性が低下するおそれがある。
【００５６】
次に、本実施の形態の複合磁性膜の、磁気的な面内一軸異方性について説明する。図１に示す複合磁性膜１８は、Ｘ−Ｙ平面において、Ｙ軸方向を中心にした±２０°の範囲に、最小異方性磁界Ｈｋ１を有し、Ｘ−Ｙ平面において、Ｘ軸方向を中心にした±２０°の範囲に、最大異方性磁界Ｈｋ２を有し、Ｈｋ２／Ｈｋ１≧３、Ｈｋ２≧３．９８×１０３Ａ／ｍを満たす、磁気的な面内一軸異方性をもつ。
【００５７】
上述のように、一軸異方性を付与することにより、磁気特性が等方的な場合よりも、最大異方性磁界を大きくすることができ、３．９８×１０３Ａ／ｍ以上の異方性磁界を得やすくなる。最大異方性磁界と、透磁率の共鳴周波数は比例関係にあり、Ｈｋ２≧３．９８×１０３Ａ／ｍとすることで、１ＧＨｚ以上の共鳴周波数を得ることが容易になる。Ｈｋ２≧３．９８×１０３Ａ／ｍを得るには、Ｈｋ２／Ｈｋ１≧３を満たす一軸異方性を付与することが有効である。このように、一軸異方性を付与し、最大異方性磁界を大きくすることで、高周波域でのμ”／μ’を小さくすることが可能となる。
【００５８】
本明細書中では、Ｈｋ（Ｈｋ１およびＨｋ２）は、図２に示すように、印加磁界に対する磁化の変化量が最も大きい磁界（≧０）下での接線と、最も変化量が小さい磁界下での接線との、磁化曲線の第一象限（磁化＞０、印加磁界＞０）における交点の磁界と定義する。
【００５９】
このような磁気的な異方性は、磁性相１４である平板体が、Ｚ軸方向から傾斜していることにより、大きな格子歪みと、傾斜方向へ磁化しやすい形状磁気異方性が付与された結果、得ることができる。本発明での格子歪みとは、例えば、複合磁性膜１８のＸ−Ｙ平面での異方性磁界Ｈｋ１に対応する方向でのＦｅの原子間距離が、異方性磁界Ｈｋ２に対応する方向でのＦｅの原子間距離より長い状態である。
【００６０】
本実施の形態の基板１２は、例えばポリイミドのようなプラスチック、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、Ｓｉ、ガラスのような無機材料を用いることができるが、これらに限定されるわけではない。
【００６１】
本実施の形態の高周波用磁性材料１０において、複合磁性膜１８とは異なる材料を含有する薄膜層を、基板１２と複合磁性膜１８の間に形成することを許容する。このような薄膜層上に複合磁性膜１８を成膜する場合、例えば、複合磁性膜１８中の磁性相１４の平板体の大きさを制御できたり、基板１２と複合磁性膜１８との界面における磁気構造の乱れを低減したりすることで、磁気特性がより向上した高周波用磁性材料１０を得ることが可能になる。
【００６２】
薄膜層は、Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｕ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｃｏ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｒｕ，Ｔｉ，Ｈｆ，Ｗ，Ａｕもしくはその合金、またはＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３のような酸化物から選ばれることが好ましい。
【００６３】
そして、薄膜層は、５０ｎｍ以下とすることが望ましい。この薄膜層が５０ｎｍを超えると、磁性相１４の高周波用磁性材料中の体積百分率が減少し、透磁率が低下するおそれがある。
【００６４】
本実施の形態の高周波用磁性材料１０は、例えば、対向型マグネトロンスパッタ成膜装置によるスパッタ法を用い、磁界中にて、蒸着粒子の入射方向と基板の法線方向との成す角度の平均値βが、１０°≦β≦８０°となるように基板を固定して形成することで製造可能である。
【００６５】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態の高周波用磁性材料は、複合磁性膜中に、基板に平行な複数の絶縁体層が介在していること以外は、第１の実施の形態と同様である。したがって、以後、第１の実施の形態と重複する点については記載を省略する。
【００６６】
図３は、本実施の形態の高周波用磁性材料の断面図である。図３に示すように、基板１２上に複合磁性膜１８が２層以上積層され、これらの複合磁性膜１８の間に絶縁体層２０が形成された構造を有する。
【００６７】
このように２層以上の複合磁性膜１８の間に絶縁体層２０を介在させる、つまり厚さ方向の複合磁性膜１８を絶縁体層２０で分離して厚膜化することによって、複合磁性膜１８に絶縁体層２０を介在せずに一層で厚膜にした場合に生じる反磁界の影響を低減し、高周波用磁性材料１０全体の磁気特性の向上を図ることが可能になる。また、複合磁性膜１８を厚膜化する際に懸念される膜厚方向への構造の乱れを回避することも可能になる。
【００６８】
絶縁体層２０は、例えばＭｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｃａ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｂａ，Ｓｒ，Ｚｎ，Ｍｎ，Ｈｆ、および希土類元素（Ｙを含む）から選ばれる金属の酸化物、窒化物、炭化物およびフッ化物の群から選ばれる少なくとも１つから作られることが好ましい。特に、絶縁体層２０は複合磁性膜１８を構成する絶縁体相１６と同種の材料を選択することが好ましい。
【００６９】
絶縁体層２０は、５ｎｍ以上、１００ｎｍ以下、より好ましくは５０ｎｍ以下であることが好ましい。絶縁体層２０が１００ｎｍ以上であると、高周波用磁性材料１０中の磁性相の体積百分率が小さくなり透磁率が低下し、５ｎｍ以下だと複合磁性膜１８間の磁気的カップリングが切れず、反磁界の影響が顕著になるおそれがある。
【００７０】
高周波用磁性材料１０は、高周波域において、渦電流による伝送損失を抑制するために、高抵抗であることが望ましい。高周波用磁性材料を高抵抗化するには、材料を細分化することが有効であり、Ｙ軸方向が１μｍ≦ｄ≦１ｍｍの間隔ｄで細分化され、Ｘ軸方向がｅ／ｄ≦１００となるような間隔ｅで細分化されていることが好ましい。ｄを１μｍより小さくすることは技術的に困難であり、ｄが１ｍｍより大きいと、渦電流による伝送損失が増大するおそれがある。また、ｅ／ｄが１００より大きいと、Ｘ軸方向に磁化しやすくなる形状磁気異方性が生じてしまい、傾斜した平板体構造による磁気異方性を打ち消し、大きな異方性磁界が得られないおそれがある。材料の細分化は、レーザー加工、ダイシング加工、スタンパ加工などにて実施できるが、これらに限定されるわけではない。
【００７１】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態のアンテナは、給電端子と、一端に給電端子が接続されるアンテナエレメントと、このアンテナエレメントから放射される電磁波の伝送損失を抑制するための高周波用磁性材料を備えている。そして、この高周波用磁性材料が第１の実施の形態または第2の実施の形態に記載した高周波用磁性材料であることを特徴とする。したがって、以下、第１または第２の実施の形態で記述した高周波用電極材料に関する記載については重複するため省略する。
【００７２】
図４は本実施の形態のアンテナの斜視図、図５は断面図である。高周波用磁性材料１０が、給電端子２２が一端に接続されるアンテナエレメント２４と、配線基板２６との間に設けられている。この配線基板２６は、例えば、携帯機器の配線基板であり、例えば、金属の筐体で囲まれている。
【００７３】
例えば、携帯機器のアンテナが電磁波を放射する際、アンテナと、携帯機器の筐体などの金属とが、一定以上に近接すると、金属内に生じる誘導電流により電磁波の放射が妨げられてしまう。しかしアンテナ近傍に高周波用磁性材料を配置することで、アンテナと、筐体などの金属とを近接させても、誘導電流が発生せず、電波通信を安定化でき、携帯機器を小型化しうる。
【００７４】
本実施の形態のように、高周波用磁性材料１０を、給電端子２２を挟む２本のアンテナエレメント２４と、配線基板２６との間に挿入することで、アンテナエレメント２４が電磁波を放射する際、配線基板２６に生じる誘導電流を抑制し、アンテナの放射効率を上げることができる。そして、アンテナの放射効率を上げるためには、アンテナエレメントに対して、高周波磁性材料の上記定義によるＸ−Ｙ面を、図４に示すような配置とすることが望ましい。
【００７５】
（第４の実施の形態）
本発明の第４の実施の形態の携帯電話は、第３の実施の形態のアンテナを備えている。図６は本実施の形態の携帯電話の斜視図である。携帯電話２８は、アンテナエレメント２４の近傍に高周波用磁性材料１０を具備する。図６において、配線基板２６の記載は省略したが、配線基板２６は、高周波磁性材料１０を挟んで、アンテナエレメント２４と反対側に存在するものとする。このように、携帯電話のアンテナに高周波用磁性材料１０を配置することで、上述したように、電磁波の高い放射効率を維持しながら、携帯電話を小型化することができる。
【００７６】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。上記、実施の形態はあくまで、例として挙げられているだけであり、本発明を限定するものではない。また、実施の形態の説明においては、高周波用磁性材料、高周波用磁性材料の製造方法、アンテナ、および、携帯電話等で、本発明の説明に直接必要としない部分等については記載を省略したが、必要とされる高周波用磁性材料、高周波用磁性材料の製造方法、アンテナ、および、携帯電話等に関わる要素を適宜選択して用いることができる。
【００７７】
その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての高周波用磁性材料、高周波用磁性材料の製造方法、アンテナ、および、携帯電話は、本発明の範囲に包含される。本発明の範囲は、特許請求の範囲およびその均等物の範囲によって定義されるものである。
【実施例】
【００７８】
以下、本発明の実施例を詳細に説明する。
【００７９】
（実施例１）
対向型のマグネトロンスパッタ成膜装置を用いた。Ｆｅ６０．５Ｃｏ２５．９Ｎｂ３．６Ｂ１０−ＳｉＯ２（磁性相となるＦｅＣｏＮｂＢが９３ｍｏｌ％すなわちｘ＝０．９３、Ｂの割合ｙは１０ａｔ％、磁性相中のＮｂの割合ｚは３．６ａｔ％）を用いた。チャンバ内の基板ホルダ上に、蒸着粒子の入射方向と基板の法線方向とが成す角度の平均値が２５°（すなわちβ＝２５°）となるように、ＳｉＯ２基板を固定した。７．９６×１０３Ａ／ｍ（１００Ｏｅ）の磁界を印加しながら、チャンバ内をＡｒ雰囲気中、０．６７Ｐａ（５×１０−３ｔｏｒｒ）の圧力下でターゲットからの蒸着粒子を基板表面に堆積して、厚さ０．１７μｍの複合磁性膜を成膜した。
【００８０】
この複合磁性膜表面について、ＣｕＫα線Ｘ線回折測定（ＸＲＤ）をおこなった結果を図７に示す。２θ＝４５°付近の、Ｆｅの（１１０）ピークの半値幅Ｆは、７．０５であり、非晶質であった。
【００８１】
この複合磁性膜について、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観察した、基板の表面に平行な面内の画像（倍率１００万倍）を図８に示す。図８から、磁性相（黒色部）である平板体間に絶縁体相（白色部）が形成されていることがわかる。
【００８２】
図８と同様にして観察した透過型電子顕微鏡写真２視野の、各観察写真の中心部１００ｎｍ四方に相当する範囲において、２０ｎｍ以上伸長する絶縁体相の、絶縁体相の中心の任意の１点と、それと２０ｎｍ離れた１点とを結んだ直線を引く。各観察写真において、１０本の直線を引き、計２０本の直線の平均値を、絶縁体相の伸長方向の平均、すなわちＸ軸方向とした。また、基板の表面に平行な面内において、Ｘ軸方向と直交する方向をＹ軸方向とした。
【００８３】
また、各観察写真の中心部１００ｎｍ四方に相当する範囲に含まれる、すべての平板体について、それと隣接する平板体との最短距離を測定したところ、それらすべての値の平均値は２ｎｍであった。（すなわちｃａｖｅ＝２ｎｍ）
【００８４】
また、図８において、Ｘ軸方向とＹ軸方向それぞれに１００ｎｍの直線を引き、各直線上に存在する絶縁体相の数をそれぞれａ、ｂとすると、ｂ／ａ＝５であった。基板の表面に垂直な面内（基板の法線方向をＺ軸としたときのＹ−Ｚ平面）の画像（倍率４０万倍）を図９に示す。図９から、平板体の長手方向とＺ軸方向とが成す角度αは、２５°であることがわかる。
【００８５】
この複合磁性膜について、振動試料型磁力計（ＶＳＭ）を用いて、磁気特性（印加磁界に対する磁化の大きさ）を測定した。その結果を図１０に示す。Ｘ−Ｙ平面内において、Ｘ軸から１０°ずれた方向に、最大異方性磁界Ｈｋ２が３．２１×１０４Ａ／ｍ、Ｙ軸方向から１０°ずれた方向に、最小異方性磁界Ｈｋ１が５．５０×１０２Ａ／ｍであり、最大異方性磁界方向と最小異方性磁界方向は直交していた。
【００８６】
この複合磁性膜について、凌和電子製超高周波透磁率測定装置ＰＭＭ−９Ｇ１を用い、１ＭＨｚから９ＧＨｚの範囲で、最大異方性磁界の方向に励磁して測定を行った。その結果を図１１に示す。１ＧＨｚにおける透磁率実部μ’は５５．４であり、１ＧＨｚにおける透磁率の損失成分を示す透磁率虚部μ”は０．２１６であり、磁気特性を示すμ”／μ’は、１ＧＨｚにおいて０．００３９０であった。以上の測定結果をまとめて表１に示す。
【００８７】
（実施例２）
β＝１０°にしたこと以外は、実施例１と同様にして成膜、測定を行った。その結果を表１に示す。
【００８８】
（実施例３）
β＝８０°にしたこと以外は、実施例１と同様にして成膜、測定を行った。その結果を表１に示す。
【００８９】
（比較例１）
β＝０°にしたこと以外は、実施例１と同様にして成膜、測定を行った。磁性相は基板表面から垂直方向にのびた柱状構造となった。
【００９０】
（実施例４）
ｘ＝０．８０にしたこと以外は、実施例１と同様にして成膜、測定を行った。その結果を表１に示す。
【００９１】
（実施例５）
ｘ＝０．９５にしたこと以外は、実施例１と同様にして成膜、測定を行った。その結果を表１に示す。
【００９２】
（比較例２）
ｘ＝０．７５にしたこと以外は、実施例１と同様にして成膜、測定を行った。磁性相は平板体構造ではなく、グラニュラー構造となった。測定結果を表１に示す。
【００９３】
（比較例３）
ｘ＝０．９７にしたこと以外は、実施例１と同様にして成膜、測定を行ったところ、明確な構造組織は得られなかった。
【００９４】
（実施例６）
ｙ＝１０ａｔ％、ｚ＝０ａｔ％にしたこと以外は、実施例１と同様にして成膜、測定を行った。その結果を表１に示す。
【００９５】
（実施例７）
ｙ＝３０ａｔ％、ｚ＝０ａｔ％にしたこと以外は、実施例１と同様にして成膜、測定を行った。その結果を表１に示す。
【００９６】
（実施例８）
ｙ＝３５ａｔ％、ｚ＝０ａｔ％にしたこと以外は、実施例１と同様にして成膜、測定を行った。その結果を表１に示す。
【００９７】
（実施例９）
ｙ＝２０ａｔ％、ｚ＝１ａｔ％にしたこと以外は、実施例１と同様にして成膜、測定を行った。その結果を表１に示す。
【００９８】
（実施例１０）
ｙ＝５ａｔ％、ｚ＝７ａｔ％にしたこと以外は、実施例１と同様にして成膜、測定を行った。その結果を表１に示す。
【００９９】
（比較例４）
ｙ＝５ａｔ％、ｚ＝０．５ａｔ％にしたこと以外は、実施例１と同様にして成膜、測定を行った。ＸＲＤのＦｅのピークの半値幅は０．５４であり、磁性相が結晶質の平板体構造となった。その結果を表１に示す。
【０１００】
（実施例１１）
ｙ＝５ａｔ％、ｚ＝１０ａｔ％にしたこと以外は、実施例１と同様にして成膜、測定を行った。その結果を表１に示す。
【０１０１】
（比較例５）
成膜時に磁界を印加しなかったこと以外は、実施例１と同様にして成膜、測定をおこなった。その結果を表１に示す。
【０１０２】
【表１】
【０１０３】
実施例１、２および３の複合磁性膜は、非晶質の傾斜した平板体構造であり、表１から明らかなように、柱状構造である比較例１や、グラニュラー構造である比較例２や、明確な構造組織をもたない比較例３や、結晶質である平板体構造に比べ、１ＧＨｚにおける透磁率虚部μ”（透磁率の損失成分）および１ＧＨｚにおける透磁率実部と透磁率虚部の比（μ”／μ’）が小さく、高周波域において優れた磁気特性を有することがわかる。
【０１０４】
また、磁性相の割合が８０ｍｏｌ％以上９５ｍｏｌ％以下である実施例１、４および５は、この範囲からはずれる比較例２よりもμ”／μ’が低く、高周波域において優れた磁気特性を有している。
【０１０５】
また、磁性相中へのＢ添加量が１０ａｔ％≦ｙ≦３０ａｔ％の範囲である実施例６および７は、この範囲からはずれる実施例８および比較例４よりもμ”／μ’が低く、高周波域において優れた磁気特性を有している。
【０１０６】
また、磁性相中へのＢ添加量が５ａｔ％≦ｙ≦２０ａｔ％、かつ、磁性相中へのＮｂまたはＺｒまたはＨｆ添加量が１ａｔ％≦ｚ≦７ａｔ％の範囲である実施例９および１０は、この範囲からはずれる実施例１１および比較例４よりもμ”／μ’が低く、高周波域において優れた磁気特性を有している。
【０１０７】
また、成膜時に磁界を印加した実施例１は、磁界を印加しなかった比較例５よりもμ”／μ’が低く、高周波域において優れた磁気特性を有している。
【０１０８】
このように、本実施例により本発明の効果が確認された。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】第１の実施の形態の高周波用磁性材料の斜視図、上面図および断面図。
【図２】印加磁界に対する磁化曲線。
【図３】第２の実施の形態の高周波用磁性材料の断面図。
【図４】第３の実施の形態のアンテナの斜視図。
【図５】第３の実施の形態のアンテナの断面図。
【図６】第４の実施の形態の携帯電話の斜視図。
【図７】実施例１における、複合磁性材料表面のＸ線回折パターン。
【図８】実施例１における、複合磁性材料表面のＴＥＭ観察画像。
【図９】実施例１における、複合磁性材料断面のＴＥＭ観察画像。
【図１０】実施例１における、ＶＳＭ測定結果。
【図１１】実施例１における、高周波特性測定結果。
【符号の説明】
【０１１０】
１０ 高周波用磁性材料
１２ 基板
１４ 磁性相
１６ 絶縁体相
１８ 複合磁性膜
２０ 絶縁体層
２２ 給電端子
２４ アンテナエレメント
２６ 配線基板
２８ 携帯電話
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波用磁性材料、高周波用磁性材料の製造方法、アンテナおよび携帯電話に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在の携帯機器で使用される電波の周波数帯域は、ＧＨｚ帯にまで高周波化している。しかし、例えば、携帯機器のアンテナが電磁波を放射する際、金属がアンテナ近傍に存在すると、金属内に生じる誘導電流により電磁波の放射が妨げられてしまう。そこで、アンテナ近傍に高周波用磁性材料（高周波域において、高い透磁率を示す材料）を配置することで、不要な誘導電流の発生を抑制し、高周波域の電波通信を安定化できると考えられている。
【０００３】
通常の高透磁率部材としては、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉなどを主成分とする金属、合金、その酸化物が用いられる。金属もしくは合金の高透磁率部材は、電波の周波数が高くなると渦電流により電波の伝送損失が顕著になるため、高周波用磁性材料としては適さない。
【０００４】
一方、フェライトに代表される酸化物の磁性体は、高抵抗であるため渦電流による伝送損失は抑えられるが、共鳴周波数が数百ＭＨｚであるため、それ以上の高周波域では共鳴による伝送損失が顕著になり、やはり高周波用磁性材料としては適さない。
【０００５】
このため、ＧＨｚ帯域までの高周波域で磁気特性の優れた高周波用磁性材料の開発が求められている。優れた高周波用磁性材料とは、高周波域において、高抵抗で、透磁率実部μ’が大きく、透磁率の損失成分を示す透磁率虚部μ”が小さい、すなわちμ”／μ’が小さい材料である。
【０００６】
このような高周波用磁性材料を作製する試みとして、スパッタリング法などの薄膜技術を用いてグラニュラー構造を有する高透磁率ナノグラニュラー材料が作製されている。ここで、グラニュラー構造とは、絶縁体マトリクスの中に、磁性金属微粒子が分散している構造で、高周波域においても優れた特性を示すことが確認されている（例えば、非特許文献１）。しかしながら、グラニュラー構造では、磁性金属微粒子の高周波用磁性材料中の体積百分率を向上させ、さらなる高透磁率化を図ることが困難である。
【０００７】
また、グラニュラー構造からさらに磁性金属の高周波用磁性材料中の体積百分率を向上させた材料として、柱状構造から成る高透磁率材料が作製されている。これは、絶縁体マトリクスの中に、柱状体の磁性金属が分散している構造で、高周波域においてグラニュラー構造よりも高い透磁率を示すことが確認されている（例えば、非特許文献２）。
【０００８】
しかし柱状構造を有する材料では、結晶配向の乱れなどに起因する磁気的な異方性分散が大きいため、高周波域での損失成分μ”が大きく、μ”／μ’が大きいという問題点があった。
【非特許文献１】Ｓ．Ｏｈｎｕｍａ ｅｔ ａｌ．， “Ｈｉｇｈ−ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｉｎ ｍｅｔａｌ−ｎｏｎｍｅｔａｌ ｇｒａｎｕｌａｒ ｆｉｌｍｓ”， Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ ７９（８） ｐｐ．５１３０−５１３５（１９９６）
【非特許文献２】Ｎ．Ｈａｙａｓｈｉ ｅｔ ａｌ．， “Ｓｏｆｔ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｎｄ Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ Ｎｉ８１Ｆｅ１９／（Ｆｅ７０Ｃｏ３０）９９（Ａｌ２Ｏ３）１） Ｆｉｌｍｓ Ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ ｂｙ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ”， Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ｊａｐａｎ ２９[４] ｐｐ．１６１１−１６１４（２００４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記事情を考慮してなされたものであり、その目的とするところは、高周波域において、透磁率実部μ’と透磁率虚部μ”の比（μ”／μ’）が小さな、優れた高周波用磁性材料、高周波用磁性材料の製造方法、アンテナおよび携帯電話を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様の高周波用磁性材料は、基板と、前記基板上に形成され、複数の平板体を形成する磁性相と、前記磁性相の間隙を充填する絶縁体相とから成る複合磁性膜とを具備し、前記磁性相が非晶質であり、前記基板の表面に平行な面内における、前記絶縁体相の伸長方向の平均をＸ軸方向、同面内において前記Ｘ軸方向と直交する方向をＹ軸方向、前記基板の法線方向をＺ軸方向とする直交座標系の、Ｙ−Ｚ平面において、前記平板体の長手方向が前記Ｚ軸方向から傾斜し、Ｘ−Ｙ平面において、Ｙ軸方向を中心にした±２０°の範囲に、最小異方性磁界Ｈｋ１を有し、Ｘ−Ｙ平面において、Ｘ軸方向を中心にした±２０°の範囲に、最大異方性磁界Ｈｋ２を有し、Ｈｋ２／Ｈｋ１≧３、Ｈｋ２≧３．９８×１０３Ａ／ｍの面内一軸異方性を有することを特徴とする。
【００１１】
ここで、前記Ｘ−Ｙ平面において、前記Ｘ軸方向の単位長さ当たりに存在する絶縁体相の数の平均値ａと、前記Ｙ軸方向の単位長さ当たりに存在する絶縁体相の数の平均値ｂとの比が、ｂ／ａ≧３であり、前記Ｙ―Ｚ平面において、前記平板体の長手方向とＺ軸方向との成す角度αが、１０°≦α≦８０°であることが望ましい。
【００１２】
ここで、前記平板体同士の間隔ｃの平均値ｃａｖｅが、１ｎｍ≦ｃａｖｅ≦１０ｎｍであることが望ましい。
【００１３】
ここで、前記磁性相をＭ、前記絶縁体相をＩ、前記複合磁性膜をＭｘＩ（１−ｘ）と表記する場合に、０．８０≦ｘ≦０．９５であることが望ましい。
【００１４】
ここで、前記磁性相が少なくともＦｅとＢ（ホウ素）とを含有し、前記絶縁体相が少なくとも酸化物を含有することが望ましい。
【００１５】
ここで、前記磁性相に含まれるＢの、前記磁性相全体に対する割合ｙが、１０ａｔ％≦ｙ≦３０ａｔ％であることが望ましい。
【００１６】
ここで、前記磁性相が少なくともＮｂまたはＺｒまたはＨｆのいずれかひとつを含有し、
ＮｂまたはＺｒまたはＨｆの合計の、前記磁性相全体に対する割合ｚが、１ａｔ％≦ｚ≦７ａｔ％、かつ、前記磁性相に含まれるＢの割合ｙが、５ａｔ％≦ｙ≦２０ａｔ％であることが望ましい。
【００１７】
ここで、前記磁性相が少なくともＦｅとＣｏとを含有することが望ましい。
【００１８】
ここで、前記ＦｅとＣｏの和に対する、Ｃｏの割合ｗが、２０ａｔ％≦ｗ≦４０ａｔ％であることが望ましい。
【００１９】
ここで、前記複合磁性膜中に、前記基板に平行な複数の絶縁体層が介在していることが望ましい。
【００２０】
ここで、前記絶縁体層の膜厚が、５ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが望ましい。
【００２１】
ここで、前記複合磁性膜において、前記Ｙ軸方向に１μｍ≦ｄ≦１ｍｍの間隔ｄで細分化され、前記Ｘ軸方向にｅ／ｄ≦１００となる間隔ｅで細分化されていることが望ましい。
【００２２】
本発明の一態様の高周波用磁性材料の製造方法は、スパッタ法を用い、磁界中にて、蒸着粒子の入射方向と基板の法線方向との成す角度の平均値βが、１０°≦β≦８０°となるように、前記基板を固定して形成することを特徴とする。
【００２３】
本発明の一態様のアンテナは、給電端子と、一端に前記給電端子が接続されるアンテナエレメントと、前記アンテナエレメントから放射される電磁波の伝送損失を抑制するための高周波用磁性材料を具備するアンテナであって、前記高周波用磁性材料が、上記本発明の一態様の高周波用磁性材料であることを特徴とする。
【００２４】
本発明の一態様の携帯電話は、上記本発明の一態様のアンテナを具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、高周波域において、透磁率実部μ’と透磁率虚部μ”の比（μ”／μ’）が小さな、優れた高周波用磁性材料、高周波用磁性材料の製造方法、アンテナおよび携帯電話を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。
【００２７】
発明者らは、磁性材料において、磁性相を非晶質にすることで、高周波域において、磁気的な異方性分散を抑制し、かつ、磁性相を傾斜した平板体構造にすることで、大きな格子歪みと形状磁気異方性を付与し、異方性磁界を増大させ、非晶質の柱状構造を有する複合磁性膜よりも、透磁率の損失成分を低減できることを見出した。本発明は、発明者らによって見出された上記知見に基づき完成されたものである。
【００２８】
なお、本明細書中、非晶質とは、Ｘ線回折におけるＦｅの最強ピークの半値幅が、３．０以上の状態をいう。
【００２９】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態の高周波用磁性材料は、基板と、この基板上に形成され、複数の平板体を形成する磁性相と、磁性相の間隙を充填する絶縁体相とから成る複合磁性膜とを備えている。そして、この磁性相が非晶質であり、基板の表面に平行な面内における、絶縁体相の伸長方向の平均をＸ軸方向、同面内においてＸ軸方向と直交する方向をＹ軸方向、基板の法線方向をＺ軸方向とする直交座標系の、Ｙ−Ｚ平面において、平板体の長手方向がＺ軸方向から傾斜し、Ｘ−Ｙ平面において、Ｙ軸方向を中心にした±２０°の範囲に、最小異方性磁界Ｈｋ１を有し、Ｘ−Ｙ平面において、Ｘ軸方向を中心にした±２０°の範囲に、最大異方性磁界Ｈｋ２を有している。そして、この高周波用磁性材料は、Ｈｋ２／Ｈｋ１≧３、Ｈｋ２≧３．９８×１０３Ａ／ｍの面内一軸異方性を有する
【００３０】
図１は、本実施の形態の高周波用磁性材料の構造を示す図である。図１（ａ）が斜視図、図１（ｂ）がＸ−Ｙ平面の上面図、図１（ｃ）がＹ−Ｚ平面の断面図である。
【００３１】
図示する高周波用磁性材料１０は、複数の平板体を形成する磁性相１４を備える。図１（ｂ）に示すように、磁性相１４は、基板１２上に、基板１２の表面に平行な面内、すなわちＸ−Ｙ平面において一方向に扁平している。また、図１（ｃ）に示すように、高さ方向すなわち、Ｙ−Ｚ平面における平板体の長手方向が、この基板１２の法線方向、すなわち、Ｚ軸方向から角度αだけ傾斜している。そして、この磁性相１４は非晶質である。磁性相１４としては、例えば、Ｆｅに、Ｂ、Ｐ、Ｃのうち少なくとも一つの元素を含有する材料が適用可能である。
【００３２】
上述のように磁性相１４を平板体かつ非晶質とすることにより、高周波域において、磁性金属の高い体積率、すなわち高い透磁率を保ちながら、磁気的な異方性分散を抑制し、非晶質の柱状構造や、結晶質の平板体構造を有する複合磁性膜よりも、透磁率の損失成分を低減することが可能となる。
【００３３】
また、上述のように磁性相１４である平板体の高さ方向が、基板１２の法線方向から傾斜していることにより、大きな格子歪みと、傾斜方向へ磁化しやすくなる形状磁気異方性を付与することができる。このため、基板に対して垂直に立つ柱状構造や平板体構造よりも、異方性磁界を大きくすることができる。その結果、共鳴周波数の高周波化、高周波域での透磁率の損失成分の低減が可能となる。
【００３４】
平板体の間には、絶縁体相１６が充填されている。磁性相１４と絶縁体相１６を合わせた部分を、複合磁性膜１８とする。
【００３５】
絶縁体相１６は、基板１２の表面に平行な面内において、平板体の扁平方向と同じ方向に伸長した構造となっている。ここで、上述のように、絶縁体相１６の伸長方向の平均の方向をＸ軸方向、同面内において、Ｘ軸方向と直交する方向をＹ軸方向とする。絶縁体相１６の伸長方向は、高周波用磁性材料１０の、基板１２に平行な表面の任意の２ヶ所を、透過型電子顕微鏡を用いて（倍率１００万倍）観察し、各観察写真の中心部１００ｎｍ四方に相当する範囲において、２０ｎｍ以上伸長する絶縁体相１６を選択し、選択した絶縁体相１６の中心の任意の１点と、それと２０ｎｍ離れた同じ絶縁体相１６の１点とを結んだ直線の方向とする。各観察写真において、任意の１０本の直線を引き、計２０本の直線の平均値を、絶縁体相１６の伸長方向の平均の方向とする。
【００３６】
また、基板１２の法線方向をＺ軸方向とし、上述のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸からなる直交座標系を定める。
【００３７】
上述のように、高周波用磁性材料１０は、Ｘ−Ｙ平面において、Ｙ軸方向を中心にした±２０°の範囲に、最小異方性磁界Ｈｋ１を有し、Ｘ−Ｙ平面において、Ｘ軸方向を中心にした±２０°の範囲に、最大異方性磁界Ｈｋ２を有し、Ｈｋ２／Ｈｋ１≧３、Ｈｋ２≧３．９８×１０３Ａ／ｍ（＝５０Ｏｅ）の面内一軸異方性を有する。
【００３８】
本実施の形態の高周波用磁性材料は、上記範囲の面内一軸異方性を備えることにより、高周波域における透磁率の損失成分を低減することが可能となる。
【００３９】
面内一軸異方性を有することにより、高周波域において、透磁率の損失成分の低減が可能となるのは、以下のように考えられる。すなわち、最大異方性磁界と、透磁率の共鳴周波数は比例関係にあり、Ｈｋ２≧３．９８×１０３Ａ／ｍとすることで、１ＧＨｚ以上の共鳴周波数が達成できる。そして、Ｈｋ２≧３．９８×１０３Ａ／ｍを得るには、Ｈｋ２／Ｈｋ１≧３を満たす面内一軸異方性を付与することが有効である。このように、面内一軸異方性を有することにより、磁気特性が等方的な場合よりも、最大異方性磁界を大きくすることができ、結果的に、高周波域でのμ”／μ’を小さくすることが可能となるのである。
【００４０】
このような磁気的な異方性は、磁性相１４である平板体が、Ｚ軸方向から傾斜していることにより、大きな格子歪みと、傾斜方向へ磁化しやすい形状磁気異方性が付与された結果、得ることができる。
【００４１】
このように、磁性相１４が非晶質であり、かつ磁性相１４がＸ軸方向に扁平し、Ｚ軸方向から傾斜した平板体構造であり、Ｘ−Ｙ平面の最小異方性磁界をＨｋ１、最大異方性磁界をＨｋ２とする場合に、Ｈｋ２／Ｈｋ１≧３、Ｈｋ２≧３．９８×１０３Ａ／ｍとなる面内一軸異方性を備えることにより、従来の磁性材料と比較して、高周波域における透磁率の損失成分を大幅に低減することが可能となる。
【００４２】
Ｘ−Ｙ平面において、Ｘ軸方向の単位長さ当たりに存在する絶縁体相１６の数の平均値ａと、Ｙ軸方向の単位長さ当たりに存在する絶縁体相１６の数の平均値ｂとの比は、ｂ／ａ≧３であることが好ましい。ここで、高周波用磁性材料１０の、基板に平行な表面の任意の２ヶ所を、透過型電子顕微鏡を用いて（倍率４０万倍）観察し、各観察写真において、任意の１０点、計２０点を選択する。各点を中心に、Ｘ軸方向とＹ軸方向に２００ｎｍの長さの直線を引き、Ｘ軸方向の直線を横切る絶縁体相１６の数の平均値をａ、Ｙ軸方向の直線を横切る絶縁体相１６の数の平均値をｂとする。ｂ／ａが３より小さいと、磁性相１４の体積百分率が下がって、透磁率が低下するおそれがある。
【００４３】
Ｙ―Ｚ平面において、平板体の長手方向とＺ軸方向との成す角度α（図１（ｃ））は、１０°≦α≦８０°であることが好ましい。αが１０°より小さいと、形状磁気異方性が小さく、十分な最大異方性磁界を得られないおそれがある。また、αが８０°より大きいと、均質な膜を作製することができない。
【００４４】
平板体同士の間隔ｃ（図１（ｂ））の平均値ｃａｖｅが、１ｎｍ≦ｃａｖｅ≦１０ｎｍであることが好ましい。ここで、高周波用磁性材料１０の、基板１２に平行な表面の任意の２ヶ所を、透過型電子顕微鏡を用いて（倍率４０万倍で）観察する。そして、各観察写真の中心部１００ｎｍ四方に相当する範囲に含まれる、すべての平板体について、それと隣接する平板体との最短距離を測定し、それらすべての値の平均値をｃａｖｅとする。
【００４５】
ｃが１ｎｍより小さいと、平板体構造を形成しにくくなり、十分な最大異方性磁界を得られないおそれがある。また、ｃが１０ｎｍより大きいと、磁性相１４の体積百分率が下がって、透磁率が低下するおそれがある。
【００４６】
磁性相１４をＭ、絶縁体相１６をＩ、複合磁性膜１８をＭｘＩ（１−ｘ）とすると、０．８０≦ｘ≦０．９５であること、すなわち、複合磁性膜１８に占める磁性相１４の割合が、８０ｍｏｌ％以上９５ｍｏｌ％以下が好ましい。磁性相１４が８０ｍｏｌ％より少ないと、磁性相１４の体積百分率が下がってグラニュラー構造となり、透磁率が低下するおそれがある。磁性相１４が９５ｍｏｌ％より大きいと、平板体同士が凝集して保磁力が増大し、透磁率の損失が増大するおそれがある。
【００４７】
磁性相１４は、少なくともＦｅとＢ（ホウ素）とを含むことが望ましい。ＦｅにＢを添加することで、Ｆｅの平板体を、非晶質化することが容易になる。
【００４８】
磁性相１４に含まれるＢの割合ｙは、１０ａｔ％≦ｙ≦３０ａｔ％であることが好ましい。Ｂが１０ａｔ％より少ないと、Ｆｅの平板体の非晶質化が困難になり、３０ａｔ％より多いと、Ｆｅの割合が減り、透磁率が低くなってしまう。
【００４９】
磁性相１４は、少なくともＮｂまたはＺｒまたはＨｆのうちのいずれかひとつを含有し、ＮｂまたはＺｒまたはＨｆの合計の、磁性相１４全体に対する割合ｚが、１ａｔ％≦ｚ≦７ａｔ％、かつ、磁性相１４に含まれるＢの割合ｙが、５ａｔ％≦ｙ≦２０ａｔ％であることが望ましい。Ｆｅに、少なくともＮｂまたはＺｒまたはＨｆのうちのいずれかひとつを添加すると、Ｆｅの結晶化温度が向上してＦｅの非晶質化を促す効果があり、加えてＢを添加することで、Ｆｅの非晶質化度合いの調整が容易になる。ｚが１ａｔ％より少ないと、Ｆｅの結晶化温度が向上しないため、Ｆｅの非晶質化は促進されず、７ａｔ％より多いと、Ｆｅの割合が減り、透磁率が低くなるおそれがある。また、ｙが５ａｔ％より少ないと、Ｆｅが非晶質化せず、２０ａｔ％より多いと、Ｆｅの割合が減り、透磁率が低くなるおそれがある。
【００５０】
磁性相１４が非晶質であることは、Ｘ線回折パターンや、電子線回折パターンから判断できる。Ｘ線回折パターンでは、結晶の場合のようなシャープな強いピークではなく、ブロードな弱いピークが現れる。電子線回折パターンでは、明瞭なスポットではなく、ハローリングが現れる。本明細中における非晶質とは、Ｘ線回折におけるＦｅの最強ピークの半値幅が、３．０以上の状態とすることは上述したとおりである。
【００５１】
結晶質の平板体の場合、結晶配向の乱れがある（すなわち多結晶である）と、磁気的な異方性分散が大きく、透磁率の損失成分（透磁率虚部μ”）が増大してしまうが、非晶質の場合、結晶配向の乱れが無いため、磁気的な異方性分散が極めて小さく、μ”も小さくすることができる。
【００５２】
また、金属を非晶質化すると、結晶の金属よりも電気抵抗を大きくすることができる。つまり、磁性相を非晶質の傾斜した平板体とすることで、高い共鳴周波数、高周波域で高透磁率、低損失、高抵抗を示す、優れた高周波用磁性材料１０を作製することができる。
【００５３】
透磁率をより高くするには、ＦｅとＣｏを混合することが好ましく、ＦｅＣｏ中のＣｏの割合が２０ａｔ％以上４０ａｔ％以下であることが好ましい。
【００５４】
本実施の形態の絶縁体相１６は、図１に示すように、磁性相１４の平板体の間隙を充填している。この絶縁体相１６の材料は、渦電流による伝送損失は抑える観点から、室温で１×１０２Ω・ｃｍ以上の電気抵抗を有することが望ましい。
【００５５】
このような絶縁体相１６として、例えばＭｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｃａ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｂａ，Ｓｒ，Ｚｎ，Ｍｎ，Ｈｆ、および希土類元素（Ｙを含む）から選ばれる金属の酸化物、窒化物、炭化物およびフッ化物などが挙げられる。成膜の容易さ、コストの面などから、特に酸化物、中でもシリコン酸化物またはアルミニウム酸化物であることが好ましい。
絶縁体相１６は、磁性金属元素を３０ｍｏｌ％以下含むことを許容する。磁性金属元素の量が３０ｍｏｌ％を超えると、絶縁体相１６の電気抵抗率が低下し、複合磁性膜１８全体の磁気特性が低下するおそれがある。
【００５６】
次に、本実施の形態の複合磁性膜の、磁気的な面内一軸異方性について説明する。図１に示す複合磁性膜１８は、Ｘ−Ｙ平面において、Ｙ軸方向を中心にした±２０°の範囲に、最小異方性磁界Ｈｋ１を有し、Ｘ−Ｙ平面において、Ｘ軸方向を中心にした±２０°の範囲に、最大異方性磁界Ｈｋ２を有し、Ｈｋ２／Ｈｋ１≧３、Ｈｋ２≧３．９８×１０３Ａ／ｍを満たす、磁気的な面内一軸異方性をもつ。
【００５７】
上述のように、一軸異方性を付与することにより、磁気特性が等方的な場合よりも、最大異方性磁界を大きくすることができ、３．９８×１０３Ａ／ｍ以上の異方性磁界を得やすくなる。最大異方性磁界と、透磁率の共鳴周波数は比例関係にあり、Ｈｋ２≧３．９８×１０３Ａ／ｍとすることで、１ＧＨｚ以上の共鳴周波数を得ることが容易になる。Ｈｋ２≧３．９８×１０３Ａ／ｍを得るには、Ｈｋ２／Ｈｋ１≧３を満たす一軸異方性を付与することが有効である。このように、一軸異方性を付与し、最大異方性磁界を大きくすることで、高周波域でのμ”／μ’を小さくすることが可能となる。
【００５８】
本明細書中では、Ｈｋ（Ｈｋ１およびＨｋ２）は、図２に示すように、印加磁界に対する磁化の変化量が最も大きい磁界（≧０）下での接線と、最も変化量が小さい磁界下での接線との、磁化曲線の第一象限（磁化＞０、印加磁界＞０）における交点の磁界と定義する。
【００５９】
このような磁気的な異方性は、磁性相１４である平板体が、Ｚ軸方向から傾斜していることにより、大きな格子歪みと、傾斜方向へ磁化しやすい形状磁気異方性が付与された結果、得ることができる。本発明での格子歪みとは、例えば、複合磁性膜１８のＸ−Ｙ平面での異方性磁界Ｈｋ１に対応する方向でのＦｅの原子間距離が、異方性磁界Ｈｋ２に対応する方向でのＦｅの原子間距離より長い状態である。
【００６０】
本実施の形態の基板１２は、例えばポリイミドのようなプラスチック、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、Ｓｉ、ガラスのような無機材料を用いることができるが、これらに限定されるわけではない。
【００６１】
本実施の形態の高周波用磁性材料１０において、複合磁性膜１８とは異なる材料を含有する薄膜層を、基板１２と複合磁性膜１８の間に形成することを許容する。このような薄膜層上に複合磁性膜１８を成膜する場合、例えば、複合磁性膜１８中の磁性相１４の平板体の大きさを制御できたり、基板１２と複合磁性膜１８との界面における磁気構造の乱れを低減したりすることで、磁気特性がより向上した高周波用磁性材料１０を得ることが可能になる。
【００６２】
薄膜層は、Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｕ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｃｏ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｒｕ，Ｔｉ，Ｈｆ，Ｗ，Ａｕもしくはその合金、またはＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３のような酸化物から選ばれることが好ましい。
【００６３】
そして、薄膜層は、５０ｎｍ以下とすることが望ましい。この薄膜層が５０ｎｍを超えると、磁性相１４の高周波用磁性材料中の体積百分率が減少し、透磁率が低下するおそれがある。
【００６４】
本実施の形態の高周波用磁性材料１０は、例えば、対向型マグネトロンスパッタ成膜装置によるスパッタ法を用い、磁界中にて、蒸着粒子の入射方向と基板の法線方向との成す角度の平均値βが、１０°≦β≦８０°となるように基板を固定して形成することで製造可能である。
【００６５】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態の高周波用磁性材料は、複合磁性膜中に、基板に平行な複数の絶縁体層が介在していること以外は、第１の実施の形態と同様である。したがって、以後、第１の実施の形態と重複する点については記載を省略する。
【００６６】
図３は、本実施の形態の高周波用磁性材料の断面図である。図３に示すように、基板１２上に複合磁性膜１８が２層以上積層され、これらの複合磁性膜１８の間に絶縁体層２０が形成された構造を有する。
【００６７】
このように２層以上の複合磁性膜１８の間に絶縁体層２０を介在させる、つまり厚さ方向の複合磁性膜１８を絶縁体層２０で分離して厚膜化することによって、複合磁性膜１８に絶縁体層２０を介在せずに一層で厚膜にした場合に生じる反磁界の影響を低減し、高周波用磁性材料１０全体の磁気特性の向上を図ることが可能になる。また、複合磁性膜１８を厚膜化する際に懸念される膜厚方向への構造の乱れを回避することも可能になる。
【００６８】
絶縁体層２０は、例えばＭｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｃａ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｂａ，Ｓｒ，Ｚｎ，Ｍｎ，Ｈｆ、および希土類元素（Ｙを含む）から選ばれる金属の酸化物、窒化物、炭化物およびフッ化物の群から選ばれる少なくとも１つから作られることが好ましい。特に、絶縁体層２０は複合磁性膜１８を構成する絶縁体相１６と同種の材料を選択することが好ましい。
【００６９】
絶縁体層２０は、５ｎｍ以上、１００ｎｍ以下、より好ましくは５０ｎｍ以下であることが好ましい。絶縁体層２０が１００ｎｍ以上であると、高周波用磁性材料１０中の磁性相の体積百分率が小さくなり透磁率が低下し、５ｎｍ以下だと複合磁性膜１８間の磁気的カップリングが切れず、反磁界の影響が顕著になるおそれがある。
【００７０】
高周波用磁性材料１０は、高周波域において、渦電流による伝送損失を抑制するために、高抵抗であることが望ましい。高周波用磁性材料を高抵抗化するには、材料を細分化することが有効であり、Ｙ軸方向が１μｍ≦ｄ≦１ｍｍの間隔ｄで細分化され、Ｘ軸方向がｅ／ｄ≦１００となるような間隔ｅで細分化されていることが好ましい。ｄを１μｍより小さくすることは技術的に困難であり、ｄが１ｍｍより大きいと、渦電流による伝送損失が増大するおそれがある。また、ｅ／ｄが１００より大きいと、Ｘ軸方向に磁化しやすくなる形状磁気異方性が生じてしまい、傾斜した平板体構造による磁気異方性を打ち消し、大きな異方性磁界が得られないおそれがある。材料の細分化は、レーザー加工、ダイシング加工、スタンパ加工などにて実施できるが、これらに限定されるわけではない。
【００７１】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態のアンテナは、給電端子と、一端に給電端子が接続されるアンテナエレメントと、このアンテナエレメントから放射される電磁波の伝送損失を抑制するための高周波用磁性材料を備えている。そして、この高周波用磁性材料が第１の実施の形態または第2の実施の形態に記載した高周波用磁性材料であることを特徴とする。したがって、以下、第１または第２の実施の形態で記述した高周波用電極材料に関する記載については重複するため省略する。
【００７２】
図４は本実施の形態のアンテナの斜視図、図５は断面図である。高周波用磁性材料１０が、給電端子２２が一端に接続されるアンテナエレメント２４と、配線基板２６との間に設けられている。この配線基板２６は、例えば、携帯機器の配線基板であり、例えば、金属の筐体で囲まれている。
【００７３】
例えば、携帯機器のアンテナが電磁波を放射する際、アンテナと、携帯機器の筐体などの金属とが、一定以上に近接すると、金属内に生じる誘導電流により電磁波の放射が妨げられてしまう。しかしアンテナ近傍に高周波用磁性材料を配置することで、アンテナと、筐体などの金属とを近接させても、誘導電流が発生せず、電波通信を安定化でき、携帯機器を小型化しうる。
【００７４】
本実施の形態のように、高周波用磁性材料１０を、給電端子２２を挟む２本のアンテナエレメント２４と、配線基板２６との間に挿入することで、アンテナエレメント２４が電磁波を放射する際、配線基板２６に生じる誘導電流を抑制し、アンテナの放射効率を上げることができる。そして、アンテナの放射効率を上げるためには、アンテナエレメントに対して、高周波磁性材料の上記定義によるＸ−Ｙ面を、図４に示すような配置とすることが望ましい。
【００７５】
（第４の実施の形態）
本発明の第４の実施の形態の携帯電話は、第３の実施の形態のアンテナを備えている。図６は本実施の形態の携帯電話の斜視図である。携帯電話２８は、アンテナエレメント２４の近傍に高周波用磁性材料１０を具備する。図６において、配線基板２６の記載は省略したが、配線基板２６は、高周波磁性材料１０を挟んで、アンテナエレメント２４と反対側に存在するものとする。このように、携帯電話のアンテナに高周波用磁性材料１０を配置することで、上述したように、電磁波の高い放射効率を維持しながら、携帯電話を小型化することができる。
【００７６】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。上記、実施の形態はあくまで、例として挙げられているだけであり、本発明を限定するものではない。また、実施の形態の説明においては、高周波用磁性材料、高周波用磁性材料の製造方法、アンテナ、および、携帯電話等で、本発明の説明に直接必要としない部分等については記載を省略したが、必要とされる高周波用磁性材料、高周波用磁性材料の製造方法、アンテナ、および、携帯電話等に関わる要素を適宜選択して用いることができる。
【００７７】
その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての高周波用磁性材料、高周波用磁性材料の製造方法、アンテナ、および、携帯電話は、本発明の範囲に包含される。本発明の範囲は、特許請求の範囲およびその均等物の範囲によって定義されるものである。
【実施例】
【００７８】
以下、本発明の実施例を詳細に説明する。
【００７９】
（実施例１）
対向型のマグネトロンスパッタ成膜装置を用いた。Ｆｅ６０．５Ｃｏ２５．９Ｎｂ３．６Ｂ１０−ＳｉＯ２（磁性相となるＦｅＣｏＮｂＢが９３ｍｏｌ％すなわちｘ＝０．９３、Ｂの割合ｙは１０ａｔ％、磁性相中のＮｂの割合ｚは３．６ａｔ％）を用いた。チャンバ内の基板ホルダ上に、蒸着粒子の入射方向と基板の法線方向とが成す角度の平均値が２５°（すなわちβ＝２５°）となるように、ＳｉＯ２基板を固定した。７．９６×１０３Ａ／ｍ（１００Ｏｅ）の磁界を印加しながら、チャンバ内をＡｒ雰囲気中、０．６７Ｐａ（５×１０−３ｔｏｒｒ）の圧力下でターゲットからの蒸着粒子を基板表面に堆積して、厚さ０．１７μｍの複合磁性膜を成膜した。
【００８０】
この複合磁性膜表面について、ＣｕＫα線Ｘ線回折測定（ＸＲＤ）をおこなった結果を図７に示す。２θ＝４５°付近の、Ｆｅの（１１０）ピークの半値幅Ｆは、７．０５であり、非晶質であった。
【００８１】
この複合磁性膜について、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観察した、基板の表面に平行な面内の画像（倍率１００万倍）を図８に示す。図８から、磁性相（黒色部）である平板体間に絶縁体相（白色部）が形成されていることがわかる。
【００８２】
図８と同様にして観察した透過型電子顕微鏡写真２視野の、各観察写真の中心部１００ｎｍ四方に相当する範囲において、２０ｎｍ以上伸長する絶縁体相の、絶縁体相の中心の任意の１点と、それと２０ｎｍ離れた１点とを結んだ直線を引く。各観察写真において、１０本の直線を引き、計２０本の直線の平均値を、絶縁体相の伸長方向の平均、すなわちＸ軸方向とした。また、基板の表面に平行な面内において、Ｘ軸方向と直交する方向をＹ軸方向とした。
【００８３】
また、各観察写真の中心部１００ｎｍ四方に相当する範囲に含まれる、すべての平板体について、それと隣接する平板体との最短距離を測定したところ、それらすべての値の平均値は２ｎｍであった。（すなわちｃａｖｅ＝２ｎｍ）
【００８４】
また、図８において、Ｘ軸方向とＹ軸方向それぞれに１００ｎｍの直線を引き、各直線上に存在する絶縁体相の数をそれぞれａ、ｂとすると、ｂ／ａ＝５であった。基板の表面に垂直な面内（基板の法線方向をＺ軸としたときのＹ−Ｚ平面）の画像（倍率４０万倍）を図９に示す。図９から、平板体の長手方向とＺ軸方向とが成す角度αは、２５°であることがわかる。
【００８５】
この複合磁性膜について、振動試料型磁力計（ＶＳＭ）を用いて、磁気特性（印加磁界に対する磁化の大きさ）を測定した。その結果を図１０に示す。Ｘ−Ｙ平面内において、Ｘ軸から１０°ずれた方向に、最大異方性磁界Ｈｋ２が３．２１×１０４Ａ／ｍ、Ｙ軸方向から１０°ずれた方向に、最小異方性磁界Ｈｋ１が５．５０×１０２Ａ／ｍであり、最大異方性磁界方向と最小異方性磁界方向は直交していた。
【００８６】
この複合磁性膜について、凌和電子製超高周波透磁率測定装置ＰＭＭ−９Ｇ１を用い、１ＭＨｚから９ＧＨｚの範囲で、最大異方性磁界の方向に励磁して測定を行った。その結果を図１１に示す。１ＧＨｚにおける透磁率実部μ’は５５．４であり、１ＧＨｚにおける透磁率の損失成分を示す透磁率虚部μ”は０．２１６であり、磁気特性を示すμ”／μ’は、１ＧＨｚにおいて０．００３９０であった。以上の測定結果をまとめて表１に示す。
【００８７】
（実施例２）
β＝１０°にしたこと以外は、実施例１と同様にして成膜、測定を行った。その結果を表１に示す。
【００８８】
（実施例３）
β＝８０°にしたこと以外は、実施例１と同様にして成膜、測定を行った。その結果を表１に示す。
【００８９】
（比較例１）
β＝０°にしたこと以外は、実施例１と同様にして成膜、測定を行った。磁性相は基板表面から垂直方向にのびた柱状構造となった。
【００９０】
（実施例４）
ｘ＝０．８０にしたこと以外は、実施例１と同様にして成膜、測定を行った。その結果を表１に示す。
【００９１】
（実施例５）
ｘ＝０．９５にしたこと以外は、実施例１と同様にして成膜、測定を行った。その結果を表１に示す。
【００９２】
（比較例２）
ｘ＝０．７５にしたこと以外は、実施例１と同様にして成膜、測定を行った。磁性相は平板体構造ではなく、グラニュラー構造となった。測定結果を表１に示す。
【００９３】
（比較例３）
ｘ＝０．９７にしたこと以外は、実施例１と同様にして成膜、測定を行ったところ、明確な構造組織は得られなかった。
【００９４】
（実施例６）
ｙ＝１０ａｔ％、ｚ＝０ａｔ％にしたこと以外は、実施例１と同様にして成膜、測定を行った。その結果を表１に示す。
【００９５】
（実施例７）
ｙ＝３０ａｔ％、ｚ＝０ａｔ％にしたこと以外は、実施例１と同様にして成膜、測定を行った。その結果を表１に示す。
【００９６】
（実施例８）
ｙ＝３５ａｔ％、ｚ＝０ａｔ％にしたこと以外は、実施例１と同様にして成膜、測定を行った。その結果を表１に示す。
【００９７】
（実施例９）
ｙ＝２０ａｔ％、ｚ＝１ａｔ％にしたこと以外は、実施例１と同様にして成膜、測定を行った。その結果を表１に示す。
【００９８】
（実施例１０）
ｙ＝５ａｔ％、ｚ＝７ａｔ％にしたこと以外は、実施例１と同様にして成膜、測定を行った。その結果を表１に示す。
【００９９】
（比較例４）
ｙ＝５ａｔ％、ｚ＝０．５ａｔ％にしたこと以外は、実施例１と同様にして成膜、測定を行った。ＸＲＤのＦｅのピークの半値幅は０．５４であり、磁性相が結晶質の平板体構造となった。その結果を表１に示す。
【０１００】
（実施例１１）
ｙ＝５ａｔ％、ｚ＝１０ａｔ％にしたこと以外は、実施例１と同様にして成膜、測定を行った。その結果を表１に示す。
【０１０１】
（比較例５）
成膜時に磁界を印加しなかったこと以外は、実施例１と同様にして成膜、測定をおこなった。その結果を表１に示す。
【０１０２】
【表１】
【０１０３】
実施例１、２および３の複合磁性膜は、非晶質の傾斜した平板体構造であり、表１から明らかなように、柱状構造である比較例１や、グラニュラー構造である比較例２や、明確な構造組織をもたない比較例３や、結晶質である平板体構造に比べ、１ＧＨｚにおける透磁率虚部μ”（透磁率の損失成分）および１ＧＨｚにおける透磁率実部と透磁率虚部の比（μ”／μ’）が小さく、高周波域において優れた磁気特性を有することがわかる。
【０１０４】
また、磁性相の割合が８０ｍｏｌ％以上９５ｍｏｌ％以下である実施例１、４および５は、この範囲からはずれる比較例２よりもμ”／μ’が低く、高周波域において優れた磁気特性を有している。
【０１０５】
また、磁性相中へのＢ添加量が１０ａｔ％≦ｙ≦３０ａｔ％の範囲である実施例６および７は、この範囲からはずれる実施例８および比較例４よりもμ”／μ’が低く、高周波域において優れた磁気特性を有している。
【０１０６】
また、磁性相中へのＢ添加量が５ａｔ％≦ｙ≦２０ａｔ％、かつ、磁性相中へのＮｂまたはＺｒまたはＨｆ添加量が１ａｔ％≦ｚ≦７ａｔ％の範囲である実施例９および１０は、この範囲からはずれる実施例１１および比較例４よりもμ”／μ’が低く、高周波域において優れた磁気特性を有している。
【０１０７】
また、成膜時に磁界を印加した実施例１は、磁界を印加しなかった比較例５よりもμ”／μ’が低く、高周波域において優れた磁気特性を有している。
【０１０８】
このように、本実施例により本発明の効果が確認された。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】第１の実施の形態の高周波用磁性材料の斜視図、上面図および断面図。
【図２】印加磁界に対する磁化曲線。
【図３】第２の実施の形態の高周波用磁性材料の断面図。
【図４】第３の実施の形態のアンテナの斜視図。
【図５】第３の実施の形態のアンテナの断面図。
【図６】第４の実施の形態の携帯電話の斜視図。
【図７】実施例１における、複合磁性材料表面のＸ線回折パターン。
【図８】実施例１における、複合磁性材料表面のＴＥＭ観察画像。
【図９】実施例１における、複合磁性材料断面のＴＥＭ観察画像。
【図１０】実施例１における、ＶＳＭ測定結果。
【図１１】実施例１における、高周波特性測定結果。
【符号の説明】
【０１１０】
１０ 高周波用磁性材料
１２ 基板
１４ 磁性相
１６ 絶縁体相
１８ 複合磁性膜
２０ 絶縁体層
２２ 給電端子
２４ アンテナエレメント
２６ 配線基板
２８ 携帯電話
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成され、複数の平板体を形成する磁性相と、前記磁性相の間隙を充填する絶縁体相とから成る複合磁性膜とを具備し、
前記磁性相が非晶質であり、
前記基板の表面に平行な面内における、前記絶縁体相の伸長方向の平均をＸ軸方向、同面内において前記Ｘ軸方向と直交する方向をＹ軸方向、前記基板の法線方向をＺ軸方向とする直交座標系の、
Ｙ−Ｚ平面において、前記平板体の長手方向が前記Ｚ軸方向から傾斜し、
Ｘ−Ｙ平面において、前記Ｙ軸方向を中心にした±２０°の範囲に、最小異方性磁界Ｈｋ１を有し、
Ｘ−Ｙ平面において、前記Ｘ軸方向を中心にした±２０°の範囲に、最大異方性磁界Ｈｋ２を有し、
Ｈｋ２／Ｈｋ１≧３、Ｈｋ２≧３．９８×１０３Ａ／ｍの面内一軸異方性を有することを特徴とする高周波用磁性材料。
【請求項２】
前記Ｘ−Ｙ平面において、前記Ｘ軸方向の単位長さ当たりに存在する前記絶縁体相の数の平均値ａと、前記Ｙ軸方向の単位長さ当たりに存在する前記絶縁体相の数の平均値ｂとの比が、ｂ／ａ≧３であり、
前記Ｙ―Ｚ平面において、前記平板体の長手方向と前記Ｚ軸方向との成す角度αが、１０°≦α≦８０°であることを特徴とする請求項１記載の高周波用磁性材料。
【請求項３】
前記平板体同士の間隔ｃの平均値ｃａｖｅが、１ｎｍ≦ｃａｖｅ≦１０ｎｍであることを特徴とする請求項１または請求項２記載の高周波用磁性材料。
【請求項４】
前記磁性相をＭ、前記絶縁体相をＩ、前記複合磁性膜をＭｘＩ（１−ｘ）と表記する場合に、０．８０≦ｘ≦０．９５であることを特徴とする請求項１ないし請求項３いずれか一項に記載の高周波用磁性材料。
【請求項５】
前記磁性相が少なくともＦｅとＢ（ホウ素）とを含有し、
前記絶縁体相が少なくとも酸化物を含有することを特徴とする請求項１ないし請求項４いずれか一項に記載の高周波用磁性材料。
【請求項６】
前記磁性相に含まれるＢの、前記磁性相全体に対する割合ｙが、１０ａｔ％≦ｙ≦３０ａｔ％であることを特徴とする請求項５記載の高周波用磁性材料。
【請求項７】
前記磁性相が少なくともＮｂまたはＺｒまたはＨｆのいずれかひとつを含有し、
ＮｂまたはＺｒまたはＨｆの合計の、前記磁性相全体に対する割合ｚが、１ａｔ％≦ｚ≦７ａｔ％、かつ、前記磁性相に含まれるＢの割合ｙが、５ａｔ％≦ｙ≦２０ａｔ％であることを特徴とする請求項６記載の高周波用磁性材料。
【請求項８】
前記磁性相が少なくともＦｅとＣｏとを含有することを特徴とする請求項１ないし請求項７いずれか一項に記載の高周波用磁性材料。
【請求項９】
前記ＦｅとＣｏの和に対する、Ｃｏの割合ｗが、２０ａｔ％≦ｗ≦４０ａｔ％であることを特徴とする請求項８記載の高周波用磁性材料。
【請求項１０】
前記複合磁性膜中に、前記基板に平行な複数の絶縁体層が介在していることを特徴とする請求項１ないし請求項９いずれか一項に記載の高周波用磁性材料。
【請求項１１】
前記絶縁体層の膜厚が、５ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１０記載の高周波用磁性材料。
【請求項１２】
前記複合磁性膜において、前記Ｙ軸方向に１μｍ≦ｄ≦１ｍｍの間隔ｄで細分化され、前記Ｘ軸方向にｅ／ｄ≦１００となる間隔ｅで細分化されていることを特徴とする請求項１ないし請求項１１いずれか一項に記載の高周波用磁性材料。
【請求項１３】
スパッタ法を用い、磁界中にて、蒸着粒子の入射方向と基板の法線方向との成す角度の平均値βが、１０°≦β≦８０°となるように、前記基板を固定して形成することを特徴とする高周波用磁性材料の製造方法。
【請求項１４】
給電端子と、
一端に前記給電端子が接続されるアンテナエレメントと、
前記アンテナエレメントから放射される電磁波の伝送損失を抑制するための高周波用磁性材料を具備するアンテナであって、
前記高周波用磁性材料が、請求項１ないし請求項１２いずれか一項に記載の高周波用磁性材料であることを特徴とするアンテナ。
【請求項１５】
請求項１４記載のアンテナを具備することを特徴とする携帯電話。
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成され、複数の平板体を形成する磁性相と、前記磁性相の間隙を充填する絶縁体相とから成る複合磁性膜とを具備し、
前記磁性相が非晶質であり、
前記基板の表面に平行な面内における、前記絶縁体相の伸長方向の平均をＸ軸方向、同面内において前記Ｘ軸方向と直交する方向をＹ軸方向、前記基板の法線方向をＺ軸方向とする直交座標系の、
Ｙ−Ｚ平面において、前記平板体の長手方向が前記Ｚ軸方向から傾斜し、
Ｘ−Ｙ平面において、前記Ｙ軸方向を中心にした±２０°の範囲に、最小異方性磁界Ｈｋ１を有し、
Ｘ−Ｙ平面において、前記Ｘ軸方向を中心にした±２０°の範囲に、最大異方性磁界Ｈｋ２を有し、
Ｈｋ２／Ｈｋ１≧３、Ｈｋ２≧３．９８×１０３Ａ／ｍの面内一軸異方性を有することを特徴とする高周波用磁性材料。
【請求項２】
前記Ｘ−Ｙ平面において、前記Ｘ軸方向の単位長さ当たりに存在する前記絶縁体相の数の平均値ａと、前記Ｙ軸方向の単位長さ当たりに存在する前記絶縁体相の数の平均値ｂとの比が、ｂ／ａ≧３であり、
前記Ｙ―Ｚ平面において、前記平板体の長手方向と前記Ｚ軸方向との成す角度αが、１０°≦α≦８０°であることを特徴とする請求項１記載の高周波用磁性材料。
【請求項３】
前記平板体同士の間隔ｃの平均値ｃａｖｅが、１ｎｍ≦ｃａｖｅ≦１０ｎｍであることを特徴とする請求項１または請求項２記載の高周波用磁性材料。
【請求項４】
前記磁性相をＭ、前記絶縁体相をＩ、前記複合磁性膜をＭｘＩ（１−ｘ）と表記する場合に、０．８０≦ｘ≦０．９５であることを特徴とする請求項１ないし請求項３いずれか一項に記載の高周波用磁性材料。
【請求項５】
前記磁性相が少なくともＦｅとＢ（ホウ素）とを含有し、
前記絶縁体相が少なくとも酸化物を含有することを特徴とする請求項１ないし請求項４いずれか一項に記載の高周波用磁性材料。
【請求項６】
前記磁性相に含まれるＢの、前記磁性相全体に対する割合ｙが、１０ａｔ％≦ｙ≦３０ａｔ％であることを特徴とする請求項５記載の高周波用磁性材料。
【請求項７】
前記磁性相が少なくともＮｂまたはＺｒまたはＨｆのいずれかひとつを含有し、
ＮｂまたはＺｒまたはＨｆの合計の、前記磁性相全体に対する割合ｚが、１ａｔ％≦ｚ≦７ａｔ％、かつ、前記磁性相に含まれるＢの割合ｙが、５ａｔ％≦ｙ≦２０ａｔ％であることを特徴とする請求項６記載の高周波用磁性材料。
【請求項８】
前記磁性相が少なくともＦｅとＣｏとを含有することを特徴とする請求項１ないし請求項７いずれか一項に記載の高周波用磁性材料。
【請求項９】
前記ＦｅとＣｏの和に対する、Ｃｏの割合ｗが、２０ａｔ％≦ｗ≦４０ａｔ％であることを特徴とする請求項８記載の高周波用磁性材料。
【請求項１０】
前記複合磁性膜中に、前記基板に平行な複数の絶縁体層が介在していることを特徴とする請求項１ないし請求項９いずれか一項に記載の高周波用磁性材料。
【請求項１１】
前記絶縁体層の膜厚が、５ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１０記載の高周波用磁性材料。
【請求項１２】
前記複合磁性膜において、前記Ｙ軸方向に１μｍ≦ｄ≦１ｍｍの間隔ｄで細分化され、前記Ｘ軸方向にｅ／ｄ≦１００となる間隔ｅで細分化されていることを特徴とする請求項１ないし請求項１１いずれか一項に記載の高周波用磁性材料。
【請求項１３】
スパッタ法を用い、磁界中にて、蒸着粒子の入射方向と基板の法線方向との成す角度の平均値βが、１０°≦β≦８０°となるように、前記基板を固定して形成することを特徴とする高周波用磁性材料の製造方法。
【請求項１４】
給電端子と、
一端に前記給電端子が接続されるアンテナエレメントと、
前記アンテナエレメントから放射される電磁波の伝送損失を抑制するための高周波用磁性材料を具備するアンテナであって、
前記高周波用磁性材料が、請求項１ないし請求項１２いずれか一項に記載の高周波用磁性材料であることを特徴とするアンテナ。
【請求項１５】
請求項１４記載のアンテナを具備することを特徴とする携帯電話。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図１０】
【図１１】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図１０】
【図１１】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００９−２３９１３１（Ｐ２００９−２３９１３１Ａ）
【公開日】平成２１年１０月１５日（２００９．１０．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−８５１９０（Ｐ２００８−８５１９０）
【出願日】平成２０年３月２８日（２００８．３．２８）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月１５日（２００９．１０．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月２８日（２００８．３．２８）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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