| 研究課題/領域番号 |
19H02173
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| 研究機関 | 長崎大学 |
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研究代表者 |
中野 正基 長崎大学, 工学研究科, 教授 (20274623)
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| 研究分担者 |
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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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 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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| 研究実績の概要 |
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う一つの理由は，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-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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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
2021年度は (1)2020年度までに実現した「磁性膜（Fe-Co），非磁性膜（ガラス）による100層を超える数μm厚の積層構造」において，ガラスの粗大粒子の発生抑制を鑑みたレーザ照射条件の最適化を検討すると共に,(2)2020年度に実現した「ガラス下地層を用いた単層のNd-Fe-B系厚膜磁石に対するマイクロ着磁」に関し，ガラス下地層上のNd-Fe-B系厚膜磁石の磁気特性向上を目指し，①パルス熱処理の最適時間，②ガラス下地層と厚膜磁石の膜厚比の最適化を検討した。(2)に関しては，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)ガラス成膜におけるDF(Defocus) rate依存性を検討した結果，DF rateが0.2以上では成膜困難である事を確認すると共に，Laser Powerを従来の3 W固定より低減させる事でガラス粗大粒子の発生を抑制できることを確認した。
(2)2020年度に報告した「交番着磁ならびにハルバッハ着磁」を実現可能な「ガラス下地層付きSi基板上のNd-Fe-系厚膜磁石」に関し，磁気特性やループの角形性の向上（２段化の抑制）に対し，パルス熱処理時間の最適化と共に，ガラス下地層と厚膜磁石の膜厚比が0.5～2程度の範囲で制御する必要性が示唆された。
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| 今後の研究の推進方策 |
2022年度は，以下２つの推進方策を進める。
(1)ガラス成膜においてLaser Powerを従来の3 W固定より低減させる事でガラス粗大粒子の発生を抑制できる条件下において，金属/ガラス/Fe-Coシートの3層ターゲットを利用して，積層膜を形成し，その磁気特性の評価・検討を加えたのち，Nd-Fe-B等の磁石ターゲットへの応用を図る。加えて，非磁性のセラミックス材料として，現状のガラス材料に替わり，アルミナやTiN等の可能性も検討する。
(2)「ガラス下地層付きSi基板上のNd-Fe-系厚膜磁石」において，①パルス熱処理時間の最適化やガラス下地層と厚膜磁石の膜厚比制御が磁気特性向上に重要である結果を踏まえ，現状で最も優れた磁気特性を得られた試料に対し，マイクロ着磁を施し，磁気特性向上の有効性を確認する。
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