2020 Fiscal Year Annual Research Report
多周期積層による面内異方性制御した希土類系厚膜磁石の超小型デバイス応用
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19H02173
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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, 理事 (10136533)
板倉 賢 九州大学, 総合理工学研究院, 准教授 (20203078)
柳井 武志 長崎大学, 工学研究科, 准教授 (30404239)
進士 忠彦 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (60272720)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 厚膜磁石 / MEMS / ガラス膜（下地層） / マイクロ着磁 / PLD / Nd（or Pr)-Fe-B系磁石膜 / 保磁力 / 破壊現象 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
我々は，MEMS （Micro Electro Mechanical Systems）材料としての利用が期待されるNd-Fe-B系厚膜磁石の開発を目指し，紫外線波長のパルスレーザをNd-Fe-B系ターゲット表面にDefocusさせ照射し，真空中で数ミクロン径の微粒子を創製ひいてはSi基板上への堆積させる手法により，0.01 mm厚以上のNd-Fe-B系厚膜磁石の作製を進めてきた。その際，金属材料であるNd-Fe-B系厚膜磁石を半導体材料であるSi基板上に作製するポイントとして，SiとNd2Fe14Bの間（あいだ）の線膨張係数を有するNdに着目し，熱処理による結晶化過程において，①粒界相，②三重点，③基板と磁石膜の界面にNdを析出させる様な組成制御を行うことにより，上記の内部応力の低減，ひいては剥離現象の回避に取り組み，Nd-Fe-B系厚膜磁石の0.16 mmまでの厚膜化を実現してきた。その一方で，Nd元素の析出に伴う試料内の過剰なNd含有量は，残留磁気分極や（(BH)maxの劣化を生じさせる課題が生じた。そこで，Nd含有量を抑制しつつ，剥離・破壊を生じさせない手法として，Si基板とNd-Fe-B系厚膜磁石の間にガラス下地層を挿入する事を提案した。下地層にガラスを利用したも一つの理由は，厚膜磁石から発生する磁界の有効利用を鑑みたSi基板上へのマイクロ着磁の実現するためである。本研究では,「超小型デバイス」の具現化を目指し，Si基板上に作製するNdもしくはPr)-Fe-B系厚膜磁石から発生する磁界の「大幅な増加」を目指し，厚膜磁石とガラス膜（下地層）を組み合わせた試料開発ならびにデバイス応用に向けた知見獲得を目指す。
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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
2020年度は (1)昨年度に引き続き，磁性膜として簡易的な組成であるFe-Co，非磁性膜としてガラスを利用し，その積層構造を構築する条件を探索した。その際，昨年度と反対のターゲット構造（ガラスターゲットの上にFe-Coターゲットの配置）を用いた。(2)ガラス下地層を用いた単層のNd-Fe-B系厚膜磁石を作製し，マイクロ着磁を検討した。加えて， Nd-Fe-B系厚膜磁石の磁気特性向上を目指し，パルス熱処理時間の最適化を検討した。(2)に関しては，IF付き学術論文として掲載が認められた。個々の具体的成果を以下に示す。
(1)「高飽和磁気分極を有するFe65Co35板」と「高抵抗のガラス」を複合したターゲットを利用する事により，Fe-Co／ガラス積層膜を厚膜化する手法に取り組んだ。
(2)ガラス下地層付きSi基板上のNd-Fe-系厚膜磁石に関し，ループの角形性の向上（２段化の抑制）を目指して，ガラス下地層の厚みやパルス熱処理時間の最適化を検討した。更に，その結果を踏まえ、ガラス下地層付きSi基板上に単層のNd-Fe-B系厚膜磁石を作製し，Si基板上におけるマイクロ着磁を，交番着磁ならびにハルバッハ着磁として検討し，その実現を図った。
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| Strategy for Future Research Activity |
2020年度はガラスの上にFe-Coシートを被せる複合ターゲット（従来のターゲットとは逆の構造）を用いた実験を進め，DF rate(Defocus Rate)やレーザパワー等のパラメータ等を制御し，ガラスの貫通を抑制する条件（上部でのFe-Co単層の抑制条件）を見出した。しかしながら，TEMでの微細構造観察を観察した結果，ガラスの粗大粒子が試料内に点在する様子が見られ，レーザパワー等の成膜条件も検討しながら，積層構造の構築条件を検討する予定である。加えて，現状の非磁性層として利用している松波ガラスターゲットに替わり，より融点の高い石英ガラスの利用も視野に入れ検討する。
更に，ガラス下地層を用いたSi基板上の単層のNd（or Pr)-Fe-B系厚膜磁石をマイクロ着磁する際，マイクロ着磁に利用するレーザパワーとガラス下地層の厚みの関係などをパラメータとして詳細に検討し，前年度確認したマイクロ着磁を利用した試料から発生する磁界の増加，更には最終年度に向かってのデバイスの具現化の検討を進める。
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