強磁性合金/強磁性絶縁体型多相グラニュラー合金薄膜による超高周波軟磁性材料の開発

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07555211
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 藤森 啓安 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (60005866)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 大沼 繁弘 (財)電気磁気材料研究所, 主任研究員 (50142633) ; 沢崎 立雄 (株)住友金属工業, 未来技術研究所, 研究員 ; 嶋 敏之 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (50261508) ; 三谷 誠司 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (20250813)
• Keywords: 磁性薄膜 / ナノ複合薄膜 / 軟磁性 / 高周波磁性材料 / 高電気抵抗 / 渦電流損失 / フェライト / スパッタ

Research Abstract

磁気記録ヘッドやインダクタ等の磁気機能デバイスの小型化、高周波化、高性能化に伴い、高電気抵抗と高飽和磁化を有する薄膜軟磁性材料の創製が重要な課題となっている。これまで、磁性金属と非磁性絶縁体をナノスケールで複合化させたグラニュラー構造薄膜が研究され、ある程度の高電気抵抗と高飽和磁化(p=100-500μΩcm、B_S〜10kG)が実現されるとともに実用化も進んでいる。しかし、超高密度磁気記録ヘッドなどでは、更なるハイパフォーマンスが要求されており、そのための材料開発が急務となっている。そこで本研究では、絶縁相をも強磁性体とした強磁性合金/強磁性絶縁体型のグラニュラー構造薄膜の軟磁気特性を検討し、高電気抵抗・高飽和磁化軟磁性薄膜材料の実現を目指した。
強磁性合金と強磁性絶縁体からなる複合ターゲットを用いて、スパッタ法によりグラニュラー構造薄膜を作製し、微細構造、電気抵抗特性および軟磁気特性を評価した。種々の組合せを試みた結果、基板成長表面での強磁性絶縁相の分解または生成過程の制御が重要であることが分かった。熱力学的考察を踏まえて検討した結果、Fe-MgFe_2O_4,Ni-MgFe_2O_4などの系が有望であることが分かった。実際、Fe-Mg-O系グラニュラー薄膜では、最適成膜条件において、p=100-400μΩcm,B_S=12-16kGという高電気抵抗・高飽和磁化軟磁性が発現し、組成分析結果はMgFe_2O_4の生成を示唆している。強磁性合金/強磁性絶縁体型の軟磁性グラニュラー構造薄膜として、Fe-Mg-O系は優れた特性を示しており、今後の実用化が期待できるものと考えられる。
また、Co-Fe-Al-O系において、高飽和磁化を有する軟磁性薄膜を得ることができた。Al組成が約7%において、電気抵抗はp=100μΩcm程度であるが、飽和磁化はB_S=19kG以上に達した。超高密度磁気記録ヘッドに応用可能な高飽和磁化である。

Research Products

• [Publications] M.Ohnuma: "Microstructure of Co-Al-O granular alloy thin films" Journal of Applied Physics. 82. 5646-5652 (1997)
• [Publications] S.Mitani: "Anomalous behavior of temperature and bias-voltage dependence of tunnel-type GMR in insulating granular systems" Journal of Applied Physics. (in press). (1998)
• [Publications] 柳田 康彦: "高電気抵抗軟磁性Co-Al-OをハイブリッドしたスピンバルブMRセンサ" 日本応用磁気学会誌. 22(in press). (1998)
• [Publications] 李 希宰: "高電気抵抗Fe-Mg-O薄膜の軟磁気特性" 日本応用磁気学会誌. 22(in press). (1998)
• [Publications] 大沼繁弘: "高いB_Sを有するCo-Fe-Al-O膜の軟磁気特性" 日本応用磁気学会誌. 22(in press). (1998)