2015 Fiscal Year Annual Research Report
高速堆積法によるMEMS応用に向けたサブミリ厚磁石膜の創製と微細加工
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15H03978
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| Research Institution | Nagasaki University |
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Principal Investigator |
中野 正基 長崎大学, 工学研究科, 教授 (20274623)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
福永 博俊 長崎大学, 工学研究科, 教授 (10136533)
板倉 賢 九州大学, 総合理工学研究科(研究院), 准教授 (20203078)
柳井 武志 長崎大学, 工学研究科, 助教 (30404239)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 厚膜磁石 / MEMS / PLD / 微細加工 / Nd-Fe-B / 保磁力 / 残留磁化 / 密着力 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2015年度はSi基板上へのNd-Fe-B系磁石膜の厚膜化を鑑みNd-Fe-B系磁石膜の微細構造制御を利用した手法，すなわちバッファー層なしでのNd-Fe-B系磁石膜のSi基板上への成膜に取り組んだ。加えて，本手法のMEMS応用を鑑み，作製した試料に対しての「ダイシング加工」や「スクラッチ試験」も行った。具体的な結果を述べる。
(1)Nd元素 の線膨張係数が，Si元素とFe元素の間である事を考慮し，Nd含有量を増加した試料においてNd2Fe14B結晶粒周囲に余剰なNdが析出する事による「破損の抑制」に着目した。具体的には，Nd-Fe-B系磁石膜のNd含有量の増加により，Taバッファー層を施すことなく，Nd含有量を約15～20 at.%の範囲では60 μm程度，約20 at.%以上では160 μmまでの厚膜化を達成した。この試料の磁気特性は，同程度のNd含有量を含む金属基板上のNd-Fe-B系磁石膜と比較して，同程度の値である事がわかった。
(2)「Taバッファー層を用いた試料」のダイシング加工では，加工に対するTa層の脆弱性が原因となり，試料の破壊が生じたのに対し，(1)の試料では，剥離・破損なく加工が可能であると共に，その加工前後の磁気特性の劣化も極めて小さい事が明らかとなった。更に，基板と膜の密着度を測定するスクラッチ試験において，スパッタリング法で作製した試料は押し付け圧力5 N程度で破損が発生するのに対し，本研究で実現した厚膜磁石は，30 N程度まで耐えうる高い密着性を示す事が明らかとなった。
(3)STEM-EDSによる組成分析の結果，Nd-Fe-B系厚膜磁石の膜内と基板界面の各々の箇所において，Ndの存在頻度の様子が著しく異なる事がわかった。すなわち，膜内では余剰のNdが粒界層に存在し，界面付近では余剰Ndが局所的に0.3μm厚程度の層として遍在する様子が観察された。更に，試料と基板の界面において，Fe‐Si等の化合物の存在も推察された。剥離・破損の抑制に対し，上記の微細構造が複合的に寄与するものと考えられる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
2015年度における本研究の目的は，申請者らが開発した「高速PLD(Pulsed Laser Deposition)法」という堆積技術を用い，厚膜磁石のMEMS応用の実現に向けて，「Si基板上での優れた磁気特性を有するサブミクロン厚以上の希土類系磁石の開発」と，「その試料に対する微細加工技術の確立」に取り組む。具体的には，100 μmを超える膜厚の「等方性Nd-Fe-B系厚膜磁石」の実現を設定とし，密着力ならびに表面粗さの最適化」や「パターニング技術の確立」を実施することであった。
上記の研究実績概要が示すように，その当初の目的をほぼ満足した内容となっているため，おおむね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の方針として，「高速PLD法」を用い作製した厚膜磁石のMEMS応用の実現に向けて，２０１５年度に達成した「等方性Nd-Fe-B系厚膜磁石」の磁気特性の向上を第一優先とする。更に「等方性Nd-Fe-B系厚膜磁石」に比べ磁気特性の優れた「異方性Nd-Fe-B系厚膜磁石のSi基板上への実現」を目指す。この異方性厚膜磁石に関しては，「密着力ならびに表面粗さの最適化」や「パターニング技術の確立」も同時に実施する。
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