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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024123646
(43)【公開日】2024-09-12
(54)【発明の名称】磁歪膜および電子デバイス
(51)【国際特許分類】
H10N 35/85 20230101AFI20240905BHJP
H01F 10/13 20060101ALI20240905BHJP
H10N 35/01 20230101ALI20240905BHJP
【ＦＩ】
H10N35/85
H01F10/13
H10N35/01
【審査請求】未請求
【請求項の数】11
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023031243
(22)【出願日】2023-03-01
(71)【出願人】
【識別番号】000003067
【氏名又は名称】ＴＤＫ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001494
【氏名又は名称】前田・鈴木国際特許弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】岡野 靖久
(72)【発明者】
【氏名】野口 隆男
(72)【発明者】
【氏名】中野 睦子
(72)【発明者】
【氏名】大川 和香子
(72)【発明者】
【氏名】田中 美知
【テーマコード（参考）】
5E049
【Ｆターム（参考）】
5E049AA01
5E049AA04
5E049AC01
5E049BA30
(57)【要約】
【課題】磁気歪定数ｄλ/ｄＨが大きく、さらにしきい磁場ＨTHを低減することが可能な磁歪膜と、それを有する電子デバイスを提供すること。
【解決手段】磁歪膜の横断面で、単体では強磁性を有しない特定元素の組成比が、周囲よりも高い高組成比領域が、まだら状に観察される。
【選択図】図２
【解決手段】磁歪膜の横断面で、単体では強磁性を有しない特定元素の組成比が、周囲よりも高い高組成比領域が、まだら状に観察される。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
横断面で、単体では強磁性を有しない特定元素の組成比が周囲よりも高い高組成比領域が、まだら状に観察される磁歪膜。
【請求項2】
前記横断面で、前記高組成比領域に含まれる前記特定元素の組成比よりも前記特定元素の組成比が低い低組成比領域が存在し、前記低組成比領域は、前記高組成比領域を囲むように、相互に連続または断続的に連なっている請求項１に記載の磁歪膜。
【請求項3】
前記横断面で、前記低組成比領域の幅が１～１０ｎｍの範囲内である請求項２に記載の磁歪膜。
【請求項4】
前記横断面で、所定長さの仮想直線に沿って、前記特定元素の組成比の極小値が複数観察され、
隣り合う前記極小値の間の距離が、３～１５ｎｍの範囲内である請求項１に記載の磁歪膜。
隣り合う前記極小値の間の距離が、３～１５ｎｍの範囲内である請求項１に記載の磁歪膜。
【請求項5】
前記特定元素の前記極小値は、６０ｎｍの長さの前記仮想直線の間に、５つ以上で観察される請求項４に記載の磁歪膜。
【請求項6】
横断面で、単体では強磁性を有しない特定元素の組成比が、周囲よりも高い高組成比領域と、前記高組成比領域に含まれる前記特定元素の組成比よりも前記特定元素の組成比が低い低組成比領域と、が観察され、
前記横断面で、所定長さの仮想直線に沿って、前記特定元素の組成比の極小値が複数観察され、
前記極小値は、６０ｎｍの長さの前記仮想直線の間に、５つ以上で観察される磁歪膜。
前記横断面で、所定長さの仮想直線に沿って、前記特定元素の組成比の極小値が複数観察され、
前記極小値は、６０ｎｍの長さの前記仮想直線の間に、５つ以上で観察される磁歪膜。
【請求項7】
非晶質である請求項１～６のいずれかに記載の磁歪膜。
【請求項8】
前記特定元素は、少なくともＢを含む請求項１～６のいずれかに記載の磁歪膜。
【請求項9】
前記低組成比領域では、強磁性に寄与する元素の組成比が、前記高組成比領域よりも高い請求項２または３または６に記載の磁歪膜。
【請求項10】
前記高組成比領域は、前記横断面と垂直な方向に所定高さ以上で連続している請求項１～６のいずれかに記載の磁歪膜。
【請求項11】
請求項１～６のいずれかに記載の磁歪膜を有する電子デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、磁歪膜、および磁歪膜を有する電子デバイスに関する。
【背景技術】
【0002】
たとえば特許文献１および特許文献２に示すような磁歪膜は、外部から磁場が印可されると伸びや縮みなどの変位を発生させる性質（磁歪特性）を有している。磁歪膜は、様々な電子デバイスに応用され、アクチュエータ、スピーカ、磁気センサ、発電デバイス、エネルギー変換デバイスなどの電子デバイスに応用されている。
【0003】
振動アクチュエータやスピーカとして利用する場合は、磁気歪定数ｄλ/ｄＨが大きいほど電流に対しての立ち上がりが早くなる。また、磁気歪定数ｄλ/ｄＨが大きいほど、応力に対する磁化の変化（感度）が大きくなる。各電子デバイスにおいて、磁歪膜には大きな磁気歪定数ｄλ/ｄＨとともに、微小な外部磁場に対しても出力可能とするために、しきい磁場ＨTHの低減も求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】国際公開第２０１１／０１６３９９号
【特許文献2】特開平６－２２０６０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は、このような実状に鑑みてなされ、その目的は、特に、しきい磁場ＨTHを低減することが可能な磁歪膜と、それを有する電子デバイスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明者等は、しきい磁場ＨTHを低減することが可能な磁歪膜について鋭意検討した結果、横断面で、単体では強磁性を有しない特定元素の組成比が、周囲よりも高い高組成比領域が、まだら状に観察される磁歪膜が、しきい磁場ＨTHを低減させることができることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【0007】
すなわち、本発明の第１の観点に係る磁歪膜は、横断面で、単体では強磁性を有しない特定元素の組成比が周囲よりも高い高組成比領域が、まだら状に観察される。本発明の第１の観点に係る磁歪膜では、磁気歪定数ｄλ/ｄＨが大きく、さらにしきい磁場ＨTHが小さい。このため、微小な外部磁場に対しても応答可能である。
【0008】
なお、本発明の第１の観点に係る磁歪膜の磁気歪定数ｄλ/ｄＨが大きく、さらにしきい磁場ＨTHが小さくなる理由としては、必ずしも明らかではないが、次のように考えられる。すなわち、単体では強磁性を有しない特定元素（非磁性元素）の組成比が高い高組成比領域をまだら状に作ることで、それらの高組成比領域の間には、強磁性に寄与する元素（磁性元素）の組成比が高い領域が狭い範囲で形成される。その結果、磁気双極子サイズが小さくなり、磁化反転に必要なエネルギーが小さく、弱磁場での応答がよくなると考えられる。また、磁歪膜の磁気歪定数ｄλ/ｄＨも大きくなる。
【0009】
好ましくは、前記横断面で、前記高組成比領域に含まれる前記特定元素の組成比よりも前記特定元素の組成比が低い低組成比領域が存在し、前記低組成比領域は、前記高組成比領域を囲むように、相互に連続または断続的に連なっている。低組成比領域では、強磁性に寄与する元素（磁性元素）の組成比が相対的に高くなる。このように低組成比領域が高組成比領域を囲むように、相互に連続または断続的に連なっている磁歪膜によれば、さらに、磁気歪定数ｄλ/ｄＨが大きく、さらにしきい磁場ＨTHを低減させることができる。
【0010】
好ましくは、前記横断面で、所定長さの仮想直線に沿って、前記特定元素の組成比の極小値が複数観察され、隣り合う前記極小値の間の距離が、３～１５ｎｍの範囲内である。このように極小値が観察される磁歪膜によれば、磁気歪定数ｄλ/ｄＨが大きく、よりさらに、しきい磁場ＨTHを低減させることができる。
【0011】
好ましくは、前記特定元素の前記極小値は、６０ｎｍの長さの前記仮想直線の間に、５つ以上、さらに好ましくは６つ以上で観察される。なお、仮想線は、所定長さの直径（たとえば６０ｎｍ）の円形断面の観察範囲の中心を通る任意の線であってもよい。
【0012】
本発明の第２の観点に係る磁歪膜は、
横断面で、単体では強磁性を有しない特定元素の組成比が、周囲よりも高い高組成比領域と、前記高組成比領域に含まれる前記特定元素の組成比よりも前記特定元素の組成比が低い低組成比領域と、が観察され、
前記横断面で、所定長さの仮想直線に沿って、前記特定元素の組成比の極小値が複数観察され、
前記極小値は、６０ｎｍの長さの前記仮想直線の間に、好ましくは５つ以上、さらに好ましくは６つ以上で観察される。
横断面で、単体では強磁性を有しない特定元素の組成比が、周囲よりも高い高組成比領域と、前記高組成比領域に含まれる前記特定元素の組成比よりも前記特定元素の組成比が低い低組成比領域と、が観察され、
前記横断面で、所定長さの仮想直線に沿って、前記特定元素の組成比の極小値が複数観察され、
前記極小値は、６０ｎｍの長さの前記仮想直線の間に、好ましくは５つ以上、さらに好ましくは６つ以上で観察される。
【0013】
本発明の第２の観点に係る磁歪膜でも、第１の観点に係る磁歪膜と同様な理由から、磁気歪定数ｄλ/ｄＨが大きく、さらにしきい磁場ＨTHが小さい。このため、微小な外部磁場に対しても応答可能である。
【0014】
好ましくは、前記横断面で、前記低組成比領域の幅が１～１０ｎｍの範囲内である。このように低組成比領域が観察される磁歪膜によれば、磁気歪定数ｄλ/ｄＨが大きく、よりさらに、しきい磁場ＨTHを低減させることができる。
【0015】
好ましくは、磁歪膜は非晶質である。また、磁歪膜には、結晶解析ピークが実質的に観察されないことが好ましい。
【0016】
好ましくは、前記高組成比領域は、前記横断面と垂直な方向に所定高さ以上で連続している。このように高組成比領域が観察される磁歪膜によれば、さらに、磁気歪定数ｄλ/ｄＨが大きく、さらにしきい磁場ＨTHを低減させることができる。
【0017】
好ましくは、前記特定元素は、少なくともＢを含む。
【0018】
本発明の電子デバイスは、上記のいずれかに記載の磁歪膜を有する。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【発明を実施するための形態】
【0020】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【0021】
図１に示すように、本発明の一実施形態に係る磁歪膜２は、基板４の上に直接または間接的に形成することができる。「間接的に形成してある」とは、磁歪膜２と基板４との間に、バッファ層、電極膜、圧電体薄膜などの他の機能膜が介在していてもよいことを意味する。図１において、磁歪膜２は、Ｘ軸およびＹ軸を含む平面に沿って存在しており、基板４側に位置する主面２０ａと、基板４の反対側に位置する主面２０ｂとを有する。なお、磁歪膜２の膜厚方向は、Ｚ軸と一致しており、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸は、相互に垂直である。
【0022】
基板４の材質は、特に限定されず、たとえば、単結晶であることが好ましいが、多結晶でも非晶質であってもよい。基板４としては、Ｓｉ、ＰＺＴ、ＭｇＯ、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ3 ）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3 ）、ガラスなどが挙げられる。また、基板４の形状や寸法は、特に限定されず、磁歪膜２を適用するデバイスの種類や用途に応じて適宜決定すればよい。
【0023】
磁歪膜２は、アモルファスであることが好ましく、特に、アモルファスの軟磁性合金を含むことが好ましい。軟磁性合金としては、たとえば、Ｆｅ－Ｓｉ－Ｂ系合金、Ｆｅ－Ｃｒ－Ｓｉ－Ｂ系合金、Ｆｅ－Ｎｉ－Ｍｏ－Ｂ系合金、Ｆｅ－Ｃｏ－Ｂ系合金、Ｆｅ－Ｎｉ－Ｂ系合金、Ｆｅ－Ａｌ－Ｓｉ－Ｂ系合金、またはＦｅ－Ｃｏ－Ｓｉ－Ｂ系合金、Ｆｅ－Ｓｉ－Ｂ－Ｃｕ－Ｎｂ系合金、Ｃｏ－Ｆｅ－Ｎｉ－Ｓｉ－Ｂ－Ｍｏ系合金、Ｆｅ－Ｇａ－Ｂ系合金、Ｆｅ－Ｓｍ－Ｂ系合金、Ｆｅ－Ｔｂ－Ｂ系合金などが挙げられる。磁歪膜２の断面では、上記のような軟磁性合金からなるアモルファス相が主相として存在する。
【0024】
ここで、アモルファスとは、結晶のような長距離秩序は有していないが、短距離秩序は存在する原子配列の状態を意味する。磁歪膜２の原子配列は、３次元アトムプローブ（three-dimensional atom probe，以下 ３ＤＡＰ）、Ｘ線回折（ＸＲＤ）、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）による電子線回折、ＴＥＭ像の高速フーリエ変換処理（ＦＦＴ）、ＴＥＭ像の位相コントラストに基づく画像解析、中性子線回折（ＮＤ）などにより解析することができる。Ｘ線回折（ＸＲＤ）や電子線回折において、回折ピークや回折スポットが現れる場合、結晶に起因する長距離秩序が存在すると判断でき、ハローパターンが現れる場合、アモルファスの短距離秩序が存在すると判断できる。なお、長距離秩序と短距離秩序とは併存可能である。
【0025】
たとえば、ＸＲＤの２θ／θ測定により磁歪膜２の構造解析を実施した場合、磁歪膜２のＸＲＤパターンは、２θ＝３０°～６０°の範囲において、半値幅が０．５°以上のブロードなハローパターンを有し、結晶に起因する回折ピークが観測されないことが望ましい。ＴＥＭの電子線回折で磁歪膜２の構造解析を実施した場合には、輪郭が不鮮明な同心円状のハローパターンが観測され、結晶に起因する回折スポットや、多結晶の存在を示すデバイ・リングは、観測されないことが好ましい。
【0026】
前述のとおり、本実施形態の磁歪膜２は、主相がアモルファス相であるが、長距離秩序を有する結晶相が含まれていてもよい。磁歪膜２が結晶相を含む場合、磁歪膜２のＸＲＤパターンには、アモルファス相に起因するハローパターンと共に、結晶相に起因するピークが観測されることがある。ただし、磁歪膜２の非晶質化度は、９０％以上であることが好ましく、９５％以上であることがより好ましく、１００％であることがさらに好ましい。
【0027】
非晶質化度は、たとえば、磁歪膜２の断面に占めるアモルファス相の面積比率により算出することができる。位相コントラストによるＴＥＭ像やＨＲＴＥＭ像では、結晶質部分では、格子が規則的に配列している様子が確認でき、アモルファス部分では、規則性のないランダムな模様が確認できる。そのため、位相コントラストに基づいて、結晶相とアモルファス相とを識別して、アモルファス相の面積割合を概算することができる。
【0028】
磁歪膜２の厚みｔｍは、特に限定されず、たとえば１０ｎｍ～１０μｍの範囲内、あるいは３００ｎｍ～１μｍの範囲内であってもよい。厚みｔｍは、たとえば、図１に示すような断面写真を画像解析することで求められる。厚みｔm のばらつきは、たとえば±５％以下であることが好ましい。
【0029】
図１では、Ｘ－Ｙ平面と直交する磁歪膜２の断面を示している。この磁歪膜２の膜厚方向（Ｚ軸方向）の略中央部の複数箇所において、３次元アトムプローブを用いて、横断面（Ｚ軸に垂直な断面）におけるホウ素（特定元素の一例）の組成比のマッピング画像を撮像すると、それぞれの観察箇所において、図２に示すような結果が得られる。
【0030】
なお、図２において、観察範囲は、直径が所定長さ（たとえば６０ｎｍ）の円の範囲内である。図２においては、白色（明）に近いほどホウ素（Ｂ）の組成比が高く、ホウ素の組成比が周囲より高い高組成比領域２ｂが、まだら状に観察される。また、図２においては、Ｂの組成比が低い低組成比領域２ａが存在し、低組成比領域２ａは相互に連続または断続的に連なって、高組成比領域２ｂを囲んでいる部分を有する。
【0031】
なお、本実施形態において、Ｂ元素の組成比とは、測定対象の微小領域（たとえば３ＤＡＰにて測定対象とすることができる最小限の測定対象領域）において、その領域における測定対象元素の全ての元素の割合を１００原子％とした場合におけるＢ元素の原子％割合を示す。たとえば測定対象元素がＦｅ、Ｃｏ、ＳｉおよびＢである場合に、Ｆｅ、Ｃｏ、ＳｉおよびＢを１００原子％とした場合におけるＢの原子％を、Ｂの組成比として定義することができる。
【0032】
本実施形態では、黒色（暗色）に近いほどＢ元素の組成比が低く、白色（明色）に近いほどＢ元素の組成比が高いが、暗色と明色は、逆であってもよい。
【0033】
低組成比領域２ａの幅Ｗは、好ましくは１～１０ｎｍの範囲内、さらに好ましくは、２～６ｎｍの範囲内、あるいは２～５ｎｍの範囲内である。
【0034】
図２に示す直径が所定長さ（たとえば６０ｎｍ）の円の観察範囲の中心を通る所定長さの任意の仮想直線ＨＬに沿う分析範囲（Ｘ：５ｎｍ、Ｙ：６０ｎｍ、Ｚ：５ｎｍ）について、１ｎｍ間隔で６１ポイントのＢ元素の組成比分布を測定すると、図４Ａ１に示すように、Ｂ元素の組成比（原子％）の極小値（図４Ａ１に示すｘ印）が、所定数以上観察される。
【0035】
図４Ａ１に示すＢ元素の組成比（原子％）の極小値は、図２に示す仮想直線ＨＬ上に存在する各低組成比領域２ａにおけるＢ元素の組成比の極小ピーク位置に対応する。また、図４Ａ１に示すＢ元素の組成比（原子％）の極大値は、隣り合う極小値の間に位置し、図２に示す仮想直線ＨＬ上に存在する各高組成比領域２ｂにおけるＢ元素の極大ピーク位置に対応する。
【0036】
図４Ａ１に示すようなＢ組成比のプロファイルから、図２に示す高組成比領域２ｂは、隣接するＢ組成比の極小値に対して、好ましくは０．５原子％以上、さらに好ましくは１．０原子％以上で、高い領域として定義することができる。あるいは、高組成比領域２ｂは、図４Ａ１に示す観察範囲内のＢ組成比の平均よりも組成比が、好ましくは０．２原子％以上、さらに好ましくは０．４原子％以上で、高い領域として定義することもできる。低組成比領域２ａは、高組成比領域２ｂの間に位置する領域として定義されることができ、図２に示すように、まだら状に観察される高組成比領域２ｂを連続的または断続的に囲むように形成される。低組成比領域２ａと高組成比領域２ｂとの境界は、たとえば図２に示すようなマッピング画像の明暗の境界として、隣接する組成比のピークとバレーの中間値を示す位置を境界と判断することもできる。
【0037】
本実施形態では、図４Ａ１に示すように、Ｂ組成比の極小値は、６０ｎｍの長さの仮想直線ＨＬの間に、好ましくは５つ以上、さらに好ましくは６つ以上観察される。本実施形態では、隣り合う極小値の間の距離（周期とも言う）Ｌが、好ましくは３～１５ｎｍ、さらに好ましくは５～１０ｎｍの範囲内である。
【0038】
なお、本実施形態において、Ｂ組成比の極小値の数と、隣り合う極小値間の距離Ｌを測定する際には、以下の条件を満足する極小値のみをカウントして測定する。すなわち、Ｂ組成比の極小値とは、その極小値に隣接する二つの組成比の極大値の双方とのそれぞれの組成比の差異が、０．５原子％以上あり、しかも極大値のいずれかとの組成割合の差異が１原子％以上ある極小値のみを、測定対象の極小値として定義する。
【0039】
図４Ａ３は、図４Ａ１に示すＢ元素の組成比プロファイル（実線）に、Ｆｅ元素（強磁性に寄与する元素の一例）の組成比プロファイル（点線）を重ねたグラフである。図４Ａ３に示すように、Ｂ元素の組成比の極小値を含む領域（図２に示す低組成比領域２ａ）では、Ｆｅ元素の組成比が高く、Ｂ元素の組成比の極大値を含む領域（図２に示す高組成比領域２ｂ）では、Ｆｅ元素の組成比が低くなる。
【0040】
図３に示すように、前述した所定幅Ｗを有する低組成比領域２ａは、膜厚の方向（Ｚ軸方向）に所定高さ以上で連続している。また、図３に示す縦断面では、複数の低組成比領域２ａが、間に高組成比領域２ｂを挟みながら、縦縞状に観察される。縦縞状の低組成比領域２ａが伸びる方向は、Ｚ軸に対して略平行であるが、好ましくは±４５度以内、さらに好ましくは±３０度以内で、多少傾斜していてもよい。
【0041】
また、低組成比領域２ａが連続するＺ軸方向の所定高さは、図１に示す磁歪膜２の厚みｔｍにもよるが、磁歪膜２の厚みの５０％以上が好ましく、さらに好ましくは８０％以上、あるいは１００％が好ましい。また、このような所定高さの低組成比領域２ａは、たとえば図３に示す観察範囲内で、Ｘ軸またはＹ軸に沿って、好ましくは５つ以上、さらに好ましくは６つ以上観察される。
【0042】
なお、図２または図３において、「低組成比領域２ａが連続する」とは、所定幅Ｗ以上の長さ（または高さ）で高組成比領域２ｂにより断続されている場合以外は全て連続していると、本実施形態では判断する。また、本実施形態において、縞状とは、必ずしも直線状である必要はなく、うねりや波線状部分、稲妻状部分などを含んでいてもよく、縞の内の少なくともいずれかが分岐していてもよい。
【0043】
このように図２に示す横断面では高組成比領域２ｂがまだら状に観察され、図３に示す縦断面では高組成比領域２ｂが縞状に観察される本実施形態の磁歪膜２によれば、しきい磁場ＨTHを低減させることができると共に、大きな磁気歪定数ｄλ／ｄＨを有する。
【0044】
磁歪膜２が低いしきい磁場ＨTHを有することで、磁歪膜２を含む電子デバイスは、微小な外部磁場に対して素早く応答することが可能になる。また、磁歪膜２が大きな磁気歪定数ｄλ／ｄＨを有することで、磁歪膜２を含む電子デバイスでは、入出力の変換効率が高く、所定の入力信号に対してより大きな出力を得ることができる。そして、磁歪膜２を含む電子デバイスは、高い変換効率を有するため、デバイスの小型化が容易である。
【0045】
本実施形態の磁歪膜２は、たとえばアクチュエータ、スピーカ、磁気センサ、エネルギー変換デバイス、振動子、マイクロポンプなどの各種デバイスに利用することができる。たとえば磁気センサとしては、磁歪膜に積層した圧電基板の起電力で検出する磁気電気センサ、圧電膜と磁歪膜をＳｉカンチレバー上に積層した共振型の磁気センサなどがその例としてあげられる。また、電気磁気または磁気電気変換器などとして用いる磁歪膜と圧電膜を積層した構造の電子デバイスにも適用することができる。
【0046】
次に、図１に示す磁歪膜２の製造方法の一例について説明する。
【0047】
磁歪膜２は、真空堆積法により、基板４の上に直接または間接的に形成することができる。真空堆積法としては、スパッタリング法、真空蒸着法、ＰＬＤ法、イオンビーム蒸着法（ＩＢＤ法）などが挙げられ、特に、スパッタリング法を選択することが好ましい。また、アモルファス組織を含む磁歪膜２を形成するためには、真空度、基板温度、不活性ガスの流量、および、成膜圧力などの成膜条件を所定の範囲に制御することが好ましい。
【0048】
スパッタリング法で成膜する場合、成膜時の真空度は、０．１Ｐａ以下とすることが好ましく、０．０５Ｐａ以下であることがより好ましく、０．０２～０．０５Ｐａの範囲内であることがさらに好ましい。成膜時の真空度とは、成膜中における成膜室内のプロセスガスと残留ガス等その他のガスによる圧力の合計を意味しており、値が低いほど真空度が高いことを意味する。一方、成膜前の成膜室内の圧力は、１．０×１０-5Ｐａ以下とすることが好ましく、５．０×１０-6Ｐａ以下であることがより好ましく、１×１０-6Ｐａ～５．０×１０-6Ｐａ以下の範囲内であることがさらに好ましい。
【0049】
図２に示すように、横断面で、高組成比領域２ｂがまだら状に観察される磁歪膜２は、上記のように成膜前の真空度を高く設定したうえで、成膜時の基板４の温度を低くすることで発生し易くなる。具体的には、基板温度は、６０℃未満であることが好ましく、１５℃～４０℃の範囲内であることがより好ましい。
【0050】
また、成膜時には、Ａｒなどの不活性ガスを導入するが、不活性ガスの流量は３０ｓｃｃｍ以上であることが好ましく、１５０ｓｃｃｍ以下であることが好ましい。
【0051】
また、成膜圧力は、０．０１６Ｐａ以上であることが好ましく、０．０８Ｐａ以下であることが好ましい。なお、単位：ｓｃｃｍは、１ａｔｍ（１０１３ｈＰａ）で２５℃の条件に換算（標準状態換算）した場合の流量ｃｍ3／ｍｉｎを意味する。
【0052】
本実施形態では、基板温度などの成膜条件と共に、成膜後のアニール条件が、まだら状の高組成比領域２ｂの発生に影響していると考えられる。成膜条件やアニール条件で、まだら状の高組成比領域２ｂの発生に影響する理由は、必ずしも明らかではないが、たとえば、以下に示す事由が考えられる。
【0053】
成膜中またはアニール中の元素のマイグレーション（移動）が高組成比領域２ｂの形成促進に寄与しているものと考えられる。成膜温度やアニール条件によって元素のマイグレーションの起こりやすさや量が変化し、ある条件の範囲内でまだら状の高組成比領域２ｂを有するアモルファス組織が得られると考えられる。
【0054】
基板４の上に磁歪膜２を形成した後、エッチング法もしくはリフトオフ法などにより、磁歪膜２に対してパターニング加工を施してもよい。また、基板４に対して切断やエッチングなどの加工を施してもよい。
【0055】
なお、基板４の上に磁歪膜２を形成した後、パターニング加工する前または後に、磁歪膜２のアニール処理を行うことも好ましい。アニール処理を行うことで、磁歪膜２のしきい磁場ＨTHを、さらに低減することができると共に、磁気歪定数も、さらに向上させることができる。アニール条件としては、特に限定されないが、好ましくは１００～４００°Ｃ、さらに好ましくは２００～４００°Ｃ、特に好ましくは２５０～３５０°Ｃである。
【0056】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変することができる。
【0057】
たとえば、前述した実施形態では、高組成比領域２ｂに含まれて単体では強磁性を有さない特定元素として、Ｂを例示しているが、特定元素としては、Ｂ以外に、Ｓｉ、Ｃ、Ａｌ、Ｐ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｓ、Ｇａ、Ｓｎなどの元素を少なくともいずれか１つ以上を含んでもよい。あるいは、特定元素としては、Ｂと共に上記で例示した元素を含んでいてもよい。
【0058】
また、たとえば、前述した実施形態では、低組成比領域２ａに含まれる強磁性に寄与する元素として、Ｆｅを例示しているが、強磁性に寄与する元素としては、Ｆｅ以外に、あるいはＦｅと共に、Ｃｏ、Ｎｉなどのいずれか一種以上であってもよい。
【実施例0059】
以下、本発明を、さらに詳細な実施例に基づき説明するが、本発明は、これら実施例に限定されない。
【0060】
実施例１
シリコン基板の上に、Ｆｅ72Ｃｏ8 Ｓｉ12Ｂ8 から成る磁歪膜組成となる条件で、磁歪膜を製造した。磁歪膜は、超高真空ＤＣスパッタリング装置を使用して形成した。成膜条件は、以下の通りであった。成膜前の真空度を１．０×１０-5Ｐａ以下としたうえで、成膜時の真空度を０．０３Ｐａとし、出力を２００Ｗ（ＤＣ）とし、印加磁場を６４００Ａ／ｍとし、不活性ガスとしてＡｒガスを流量６０ｓｃｃｍで装置内に供給し、基板温度を５℃に冷却した基板上に成膜を行った。なお、実施例１については、成膜後のアニールを実施しなかった。
シリコン基板の上に、Ｆｅ72Ｃｏ8 Ｓｉ12Ｂ8 から成る磁歪膜組成となる条件で、磁歪膜を製造した。磁歪膜は、超高真空ＤＣスパッタリング装置を使用して形成した。成膜条件は、以下の通りであった。成膜前の真空度を１．０×１０-5Ｐａ以下としたうえで、成膜時の真空度を０．０３Ｐａとし、出力を２００Ｗ（ＤＣ）とし、印加磁場を６４００Ａ／ｍとし、不活性ガスとしてＡｒガスを流量６０ｓｃｃｍで装置内に供給し、基板温度を５℃に冷却した基板上に成膜を行った。なお、実施例１については、成膜後のアニールを実施しなかった。
【0061】
磁歪膜の成膜後、シリコン基板を、短手方向の幅１０ｍｍ×長手方向の幅４０ｍｍの寸法となるように切断した。なお、シリコン基板の平均厚みは、６４０μｍであり、磁歪膜の平均厚みｔｍは、５００ｎｍであった。高周波誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）分析法を用いて、磁歪膜の合金組成を分析したところ、Ｆｅ72Ｃｏ8 Ｓｉ12Ｂ8 であることが確認できた。
【0062】
上記の方法で製造した実施例１の磁歪膜について、以下に示す評価を実施した。
【0063】
（ＩＣＰおよびＸＲＤによる解析）
高周波誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）分析法を用いて、磁歪膜の合金組成を分析したところ、実施例１の磁歪膜組成は、Ｆｅ72Ｃｏ8 Ｓｉ12Ｂ8 であることが確認された。また、ＸＲＤにより磁歪膜の構造解析を実施したところ、ＸＲＤパターンでは、２θ＝３０°～６０°の範囲において、ハローパターンのみが確認でき、結晶からの回折ピークは検出されなかった。すなわち、実施例１の磁歪膜は、非晶質化度が１００％のアモルファスであることが確認できた。
高周波誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）分析法を用いて、磁歪膜の合金組成を分析したところ、実施例１の磁歪膜組成は、Ｆｅ72Ｃｏ8 Ｓｉ12Ｂ8 であることが確認された。また、ＸＲＤにより磁歪膜の構造解析を実施したところ、ＸＲＤパターンでは、２θ＝３０°～６０°の範囲において、ハローパターンのみが確認でき、結晶からの回折ピークは検出されなかった。すなわち、実施例１の磁歪膜は、非晶質化度が１００％のアモルファスであることが確認できた。
【0064】
結果を、表１に示す。表１において、非晶質の項目のＹとは、磁歪膜２の非晶質化度は、９０％以上であることを示しており、Ｎとは、磁歪膜２の非晶質化度は、９０％未満であることを示している。また、表１の結晶解析ピークにおいて、Ｙは、結晶からの回折ピークが検出されたことを示し、Ｎは、結晶からの回折ピークが検出されなかったことを示している。
【0065】
（３ＤＡＰによる分析）
得られた磁歪膜について３ＤＡＰを用いて評価するために、磁歪膜を針状に加工して試料とした。試料は、図１に示す磁歪膜の所定の厚み深さ、たとえば図１に示す磁歪膜２の厚み（５００ｎｍ）の中間位置を含むようにした。試料の観察領域の横断面（Ｘ軸およびＹ軸を含む断面）となる直径はφ６０ｎｍ程度とした。磁歪膜の成膜方向である厚み方向（Ｚ軸方向）の試料の長さは２００ｎｍ程度とした。図２に示すような横断面（Ｘ軸およびＹ軸を含む断面）において各合金成分の元素分布をマッピング画像（図２では、Ｂ元素の組成比のマッピング画像）として取得する場合、針状の試料から１０ｎｍの厚みでスライスしたものを観察面とした。図３に示すような磁歪膜の成膜方向である厚み方向（Ｚ軸方向）において各合金成分の元素分布をマッピング画像（図３では、Ｂ元素の組成比のマッピング画像）として取得する場合、５ｎｍの厚みでスライスしたものを観察面とした。
得られた磁歪膜について３ＤＡＰを用いて評価するために、磁歪膜を針状に加工して試料とした。試料は、図１に示す磁歪膜の所定の厚み深さ、たとえば図１に示す磁歪膜２の厚み（５００ｎｍ）の中間位置を含むようにした。試料の観察領域の横断面（Ｘ軸およびＹ軸を含む断面）となる直径はφ６０ｎｍ程度とした。磁歪膜の成膜方向である厚み方向（Ｚ軸方向）の試料の長さは２００ｎｍ程度とした。図２に示すような横断面（Ｘ軸およびＹ軸を含む断面）において各合金成分の元素分布をマッピング画像（図２では、Ｂ元素の組成比のマッピング画像）として取得する場合、針状の試料から１０ｎｍの厚みでスライスしたものを観察面とした。図３に示すような磁歪膜の成膜方向である厚み方向（Ｚ軸方向）において各合金成分の元素分布をマッピング画像（図３では、Ｂ元素の組成比のマッピング画像）として取得する場合、５ｎｍの厚みでスライスしたものを観察面とした。
【0066】
図２に示すようなマッピング画像の横断面において、観察範囲の中心を含む仮想直線ＨＬに沿う分析範囲（Ｘ：５ｎｍ、Ｙ：６０ｎｍ、Ｚ：５ｎｍ）について、特定元素としてＢの原子％を測定した。結果を図４Ａ１に示す。図２と図４Ａ１に示す結果から、Ｂ元素の高組成比領域２ｂがまだら状であるか否かを判断した。結果を表１に示す。表１において、ＸＹ面（横断面）まだらの項目がＹとは、以下に示す条件を全て満足する場合であり、そうでない場合には、Ｎと判断した。
【0067】
すなわち、ＸＹ面（横断面）まだらの項目がＹとは、図２において、幅Ｗが１～１０ｎｍの範囲内の低組成比領域２ａにより連続的または断続的に囲まれる高組成比領域２ｂがまだら状に観察され、しかも、図４Ａ１に示すＢ組成比の極小値（ｘ印）が、５つ以上観察される場合である。また、その条件を満足しない場合をＮとした。なお、Ｂ組成比の極小値とは、その極小値に隣接する二つの組成比の極大値の双方とのそれぞれの組成比の差異が、０．５原子％以上あり、しかも極大値のいずれかとの組成割合の差異が１原子％以上ある極小値のみを、測定対象の極小値として定義する。
【0068】
また、ＸＺ面またはＹＺ面（縦断面）縦縞の項目がＹとは、図３において、高組成比領域２ｂが縦縞状に観察され、しかも、縦縞を構成する高組成比領域２ｂが、Ｘ軸またはＹ軸に沿って、５つ以上観察される場合である。また、その条件を満足しない場合をＮとした。
【0069】
（磁歪特性の評価）
磁歪膜の磁場－磁歪の関係を示す曲線を測定し、その磁場－磁歪の曲線から、しきい磁場ＨTHと、磁気歪定数ｄλ／ｄＨと、を算出した。具体的には、磁歪膜に対して、外部より０～６４００Ａ／ｍの回転磁場を印加し、磁歪膜に発生するひずみ量をレーザ変位計により測定することで、磁場－磁歪の曲線を得た。
磁歪膜の磁場－磁歪の関係を示す曲線を測定し、その磁場－磁歪の曲線から、しきい磁場ＨTHと、磁気歪定数ｄλ／ｄＨと、を算出した。具体的には、磁歪膜に対して、外部より０～６４００Ａ／ｍの回転磁場を印加し、磁歪膜に発生するひずみ量をレーザ変位計により測定することで、磁場－磁歪の曲線を得た。
【0070】
そして、０．１ｐｐｍの磁歪λが発生した際の外部磁場の大きさを、しきい磁場ＨTHとして算出した。また、磁場－磁歪の曲線の傾きの最大値を、磁気歪定数ｄλ／ｄＨとして算出した。結果を表１に示す。また、実施例１における磁歪膜の磁場－磁歪の関係を示す曲線の一例を図５のＥｘ．１に示す。ＦｅＣｏＳｉＢ系の組成の磁歪膜では、しきい磁場ＨTHは、７９．５８Ａ／ｍ（１Ｏｅ）未満を良好と判断し、３２Ａ／ｍ以下をさらに良好と判断し、２８Ａ／ｍ以下をさらに良好と判断した。
【0071】
実施例２
磁歪膜の成膜後に、アニールを２００℃で実施したこと以外は、実施例１と同様にして、磁歪膜を製造し、同様な評価を行った。結果を表１に示す。
磁歪膜の成膜後に、アニールを２００℃で実施したこと以外は、実施例１と同様にして、磁歪膜を製造し、同様な評価を行った。結果を表１に示す。
【0072】
実施例３
磁歪膜の成膜後に、アニールを２５０℃で実施したこと以外は、実施例１と同様にして、磁歪膜を製造し、同様な評価を行った。結果を表１に示す。また、実施例３における磁歪膜の磁場－磁歪の関係を示す曲線の一例を図５のＥｘ．２に示す。３次元アトムプローブを用いたＢ元素の組成比を示すマッピング画像を図２および図３に示す。
磁歪膜の成膜後に、アニールを２５０℃で実施したこと以外は、実施例１と同様にして、磁歪膜を製造し、同様な評価を行った。結果を表１に示す。また、実施例３における磁歪膜の磁場－磁歪の関係を示す曲線の一例を図５のＥｘ．２に示す。３次元アトムプローブを用いたＢ元素の組成比を示すマッピング画像を図２および図３に示す。
【0073】
実施例４
磁歪膜の成膜後に、アニールを３５０℃で実施したこと以外は、実施例１と同様にして、磁歪膜を製造し、同様な評価を行った。結果を表１に示す。また、実施例４におけるＢ元素の組成比プロファイルの測定結果を図４Ａ２に示す。また、実施例４における磁歪膜の磁場－磁歪の関係を示す曲線の一例を図５のＥｘ．３に示す。
磁歪膜の成膜後に、アニールを３５０℃で実施したこと以外は、実施例１と同様にして、磁歪膜を製造し、同様な評価を行った。結果を表１に示す。また、実施例４におけるＢ元素の組成比プロファイルの測定結果を図４Ａ２に示す。また、実施例４における磁歪膜の磁場－磁歪の関係を示す曲線の一例を図５のＥｘ．３に示す。
【0074】
実施例５
基板としてＳｉの代わりにＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）を用いた以外は、実施例３と同様に、磁歪膜を製造し、同様な評価を行った。結果を表１に示す。
基板としてＳｉの代わりにＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）を用いた以外は、実施例３と同様に、磁歪膜を製造し、同様な評価を行った。結果を表１に示す。
【0075】
比較例１
磁歪膜の成膜後に、アニールを４５０℃で実施したこと以外は、実施例１と同様にして、磁歪膜を製造し、同様の評価を行った。結果を表１に示す。また、比較例１における磁歪膜の磁場－磁歪の関係を示す曲線の一例を図５のＣｅｘ．１に示す。さらに、比較例１において、実施例１と同様にして、Ｂ組成比のプロファイルを測定した結果を図４Ｂに示す。図４Ｂに示すように、６０ｎｍの距離での極小値の数が４以下であった。
磁歪膜の成膜後に、アニールを４５０℃で実施したこと以外は、実施例１と同様にして、磁歪膜を製造し、同様の評価を行った。結果を表１に示す。また、比較例１における磁歪膜の磁場－磁歪の関係を示す曲線の一例を図５のＣｅｘ．１に示す。さらに、比較例１において、実施例１と同様にして、Ｂ組成比のプロファイルを測定した結果を図４Ｂに示す。図４Ｂに示すように、６０ｎｍの距離での極小値の数が４以下であった。
【0076】
比較例２
基板を保持する基板ホルダーを液体窒素で冷却しながら成膜を行った以外は、実施例１と同様にして、磁歪膜を製造し、同様の評価を行った。結果を表１に示す。また、比較例２における磁歪膜の磁場－磁歪の関係を示す曲線の一例を図５のＣｅｘ．２に示す。
基板を保持する基板ホルダーを液体窒素で冷却しながら成膜を行った以外は、実施例１と同様にして、磁歪膜を製造し、同様の評価を行った。結果を表１に示す。また、比較例２における磁歪膜の磁場－磁歪の関係を示す曲線の一例を図５のＣｅｘ．２に示す。
【0077】
実施例６～９
磁歪膜の組成を、それぞれＣｏＦｅＢ（（Ｃｏ75Ｆｅ25）80Ｂ20）、ＦｅＧａＢ（（Ｆｅ80Ｇａ20）85Ｂ15）、ＦｅＳｍＢ（（Ｆｅ80Ｓｍ20）90Ｂ10）、ＦｅＮｉＢ（（Ｆｅ75Ｎｉ25）80Ｂ20）とした以外は実施例２と同様に、磁歪膜を製造し、同様な評価を行った。結果を表２に示す。
磁歪膜の組成を、それぞれＣｏＦｅＢ（（Ｃｏ75Ｆｅ25）80Ｂ20）、ＦｅＧａＢ（（Ｆｅ80Ｇａ20）85Ｂ15）、ＦｅＳｍＢ（（Ｆｅ80Ｓｍ20）90Ｂ10）、ＦｅＮｉＢ（（Ｆｅ75Ｎｉ25）80Ｂ20）とした以外は実施例２と同様に、磁歪膜を製造し、同様な評価を行った。結果を表２に示す。
【0078】
比較例５～８
アニールを４５０℃で実施したこと以外は各実施例５～８と同様に、磁歪膜を製造し、同様な評価を行った。結果を表２に示す。
アニールを４５０℃で実施したこと以外は各実施例５～８と同様に、磁歪膜を製造し、同様な評価を行った。結果を表２に示す。
【0079】
【表1】
【0080】
【表2】
【0081】
評価１
表１に示すように、３ＤＡＰにおいて、図２に示すように、磁歪膜の横断面に
まだら状の高組成比領域２ｂが観察され、図３に示すように、磁歪膜の縦断面に縦縞状の低組成比領域２ａが観察された実施例１～４の磁歪膜では、比較例１および２に比較して、ＨTHが低くなることが確認できた。また、特に実施例２～３の磁歪膜では、実施例１に比較して、磁気歪定数が向上することが確認できた。
表１に示すように、３ＤＡＰにおいて、図２に示すように、磁歪膜の横断面に
まだら状の高組成比領域２ｂが観察され、図３に示すように、磁歪膜の縦断面に縦縞状の低組成比領域２ａが観察された実施例１～４の磁歪膜では、比較例１および２に比較して、ＨTHが低くなることが確認できた。また、特に実施例２～３の磁歪膜では、実施例１に比較して、磁気歪定数が向上することが確認できた。
【0082】
評価２
表２に示すように、磁歪膜の組成を変化させても、実施例２および比較例１と同様な結果が得られることが確認できた。すなわち、各実施例５～８では、各比較例５～８に比較して、それぞれＨTHを低くすることができることが確認できた。
表２に示すように、磁歪膜の組成を変化させても、実施例２および比較例１と同様な結果が得られることが確認できた。すなわち、各実施例５～８では、各比較例５～８に比較して、それぞれＨTHを低くすることができることが確認できた。
【符号の説明】
【0083】
２… 磁歪膜
２ａ… 低組成比領域
２ｂ… 高組成比領域
２０ａ，２０ｂ… 主面（膜表面）
４… 基板
２ａ… 低組成比領域
２ｂ… 高組成比領域
２０ａ，２０ｂ… 主面（膜表面）
４… 基板
【図1】
【図2】
【図3】
【図4A1】
【図4A2】
【図4A3】
【図4B】
【図5】