フェリ磁性体/強誘電体エピタキシャル多層膜の作製と光導波デバイスへの応用

1991 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 03452151
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 直江 正彦 東京工業大学, 工学部, 教授 (40016465)
• 研究分担者: 松下 伸広 東京工業大学, 工学部, 教務職員 (90229469) ; 中川 茂樹 東京工業大学, 工学部, 助手 (60180246)
• キーワード: フェリ磁性体 / 強誘電体 / 多層膜 / 光導波デバイス / コバルトフェライト / ZnO / 対向タ-ゲット式スパッタ法

研究概要

新しい電子デバイスとして、人工的にフェリ磁性体と強誘電体を一定周期で層状に積み重ねた構造を持つ多層膜が期待されている。従来のスパッタ技術では、組成ずれが起こり易いなどの欠点があった。本研究では交互堆積膜を作製できる対向タ-ゲット式スパッタ装置を開発し多層膜作製技術の確立を試みた。酸化物磁性層としては、大きな磁気異方性と磁気光学効果、磁歪効果を有するために、強誘電材料との積層化されたデバイスにおいて、大きな信号変換性能が期待できるスピネル型立方晶コバルトフェライト(CoO・Fe_2O_3:CoS)を用いた。本研究費で購入したインピ-ダンスアナライザは主に磁歪と高周波透磁率の測定に使用した。強誘電材料としては電気機械結合係数が高いZnOを使用した。酸化物薄膜形成法は、負イオンの成長膜面への衝撃を抑制し、良質の酸化膜を形成できる対向タ-ゲット式スパッタ法を採用した。表面熱酸化したSi基板上に、第1層としてそのc軸配向の分散角Δθ_<50>が1度程度のZnO配向膜を堆積し、その上にCoSを連続的に堆積した。全ガス圧は2mTorr、酸素分圧比は1%程度で作製した。ZnO配向膜が無い場合には、基板温度が500℃程度になってもX線回折強度は低く、ランダム配向の結晶子による薄膜が形成されるのみであったが、ZnO薄膜の下地層上に形成したCoS薄膜は完全に〈111〉配向膜が得られ、しかも基板温度がほぼ室温程度であっても結晶性を有する薄膜が形成でき、その結晶配向も〈111〉軸配向を示したままであった。これらのことから、ZnO薄膜のc面と各種フェライト薄膜の酸素の最密充填の面とのエピタキシ-効果により、相互の薄膜の結晶性の向上と、配向度の向上が見込めることが立証された。このことにより、将来の光波のスイッチング素子、モ-ド変換器などへの本多層膜の応用が期待される。

研究成果

• [文献書誌] Yoichi HOSHI: "Magnetic Properties and Thermal Stability of FeーZrーN/SiーN and FeーTaーN/SiーN Multilayer Film" J.Appl.Phys.70. 6271 (1991)
• [文献書誌] Toyoaki HIRATA: "Kerr Rotation and Perpendicular Magnetic Anisotropy of CoCr Films with Al Ultrathin Interlayers" J.Appl.Phys.70. 6392-6394 (1991)
• [文献書誌] Kibong SONG: "Improvement of Magnetoーoptical Characteristics of TbFeCo/Al bilayered Films at a Short Wavelength of 400nm" J.Appl.Phys.70. 6395-6397 (1991)
• [文献書誌] Masahiko NAOE: "Successive Growth of BaーFerrite Magnetic Layers on CーAxis Oriented YBaCuO Superconductive Layers" J.Appl.Phys.70. 6489-6491 (1991)
• [文献書誌] 門倉 貞夫: "水平磁界内臓形対向タ-ゲット式スパッタリング" 電子情報通信学会論文誌. J.74ーCーII. 642-651 (1991)
• [文献書誌] Takasi KAWANABE: "Magneto Optical Properties of Pt/MnSb Multilayered films with Perpendicular Magnetic anisotropy" J.of Magn.Soc.Jpn.15. 53-55 (1991)
• [文献書誌] Naoto ONO: "SemiーHard Magnetism of FeーCrーNi Alloy Sputtered Films HighlyーDispersed with Ferromagnetic Small Particles" IEEE Trans.on Magn.MAGー27. (1991)
• [文献書誌] Takashi KAWANABE: "Magnetic and Recording Characteristics of CoCrTa/Cr Thin Film Prepared on Si Substrate" IEEE Trans.on Magn.MAGー27. (1991)