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JP2005079482A - Method for manufacturing replacement spring magnet - Google Patents

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JP2005079482A JP2003310820A JP2003310820A JP2005079482A JP 2005079482 A JP2005079482 A JP 2005079482A JP 2003310820 A JP2003310820 A JP 2003310820A JP 2003310820 A JP2003310820 A JP 2003310820A JP 2005079482 A JP2005079482 A JP 2005079482A
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Takayuki Azuma
孝之 東
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Abstract

【課題】成膜後および熱処理後の膜のはがれを防止しつつ、磁気記録媒体以外にも、小型モータや歯科用磁性アッタチメント等に用いることができる、従来に比して厚みの大きな数μm程度の交換スプリング磁石を提供することを目的としている。
【解決手段】A1結晶構造の鉄−プラチナからなる不規則相中に、L1結晶構造の鉄−プラチナからなる不規則相が分散してなる交換スプリング磁石をスパッタリングにて製造するにあたり、基板としてガラスまたは純鉄を用い、Ar:Hが95:5〜100:0、かつガス圧が0.1〜100mTorrのガス雰囲気にて、20〜300Wの投入電力でスパッタリングを行う。
【選択図】 図1
[PROBLEMS] To prevent peeling of a film after film formation and after heat treatment, and can be used for a small motor, a dental magnetic attachment, etc. in addition to a magnetic recording medium. It aims to provide a replacement spring magnet.
A A1 iron crystal structure - disordered phase consisting of platinum, L1 0 iron crystal structure - Upon disordered phase consisting of platinum to produce an exchange-spring magnet having dispersed by sputtering, as the substrate Sputtering is performed using glass or pure iron at a power of 20 to 300 W in a gas atmosphere of Ar: H 2 of 95: 5 to 100: 0 and a gas pressure of 0.1 to 100 mTorr.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、交換スプリング磁石の製造方法に係り、とくに、成膜後および熱処理後の膜のはがれが防止でき、しかも厚膜化が可能な交換スプリング磁石の製造技術に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing an exchange spring magnet, and more particularly, to a technique for manufacturing an exchange spring magnet that can prevent film peeling after film formation and heat treatment and can be made thick.

交換スプリング磁石は、例えば、飽和磁束密度が高く保磁力の小さい軟磁性の不規則相中に、飽和磁束密度が低く保磁力の高い硬磁性の規則相を分散させた構造のものであり、不規則相および規則相の双方の特性である高い飽和磁束密度と高い保磁力とを兼備することから、次世代の永久磁石として期待されている。   An exchange spring magnet has, for example, a structure in which a hard magnetic regular phase having a low saturation magnetic flux density and a high coercive force is dispersed in a soft magnetic irregular phase having a high saturation magnetic flux density and a small coercive force. Since it has both a high saturation magnetic flux density and a high coercive force which are characteristics of both the regular phase and the regular phase, it is expected as a next-generation permanent magnet.

このような交換スプリング磁石としては、規則相単層域ではとくに磁化特性が高く、約5×107erg/cmの異方性を有し、かつ10kOe以上の保磁力を有するCo/Pt系やFe/Pt系の薄膜が挙げられる。例えば、Co/Pt系等の薄膜については、上記特性により、高密度記録媒体に応用する目的で、種々の研究がなされている(非特許文献1参照)。 As such an exchange spring magnet, a Co / Pt system having a particularly high magnetization characteristic in a regular phase single layer region, an anisotropy of about 5 × 10 7 erg / cm 3 , and a coercive force of 10 kOe or more. And Fe / Pt-based thin films. For example, various studies have been made on Co / Pt-based thin films for the purpose of application to high-density recording media due to the above characteristics (see Non-Patent Document 1).

また、膜厚10mmまたは25mmのCo/Pt系薄膜を作製し、熱処理を施して粒成長を促進させ、不規則相A1結晶構造から規則相L1結晶構造に変態する過程において、磁気特性の変化に関する研究が報告されている(非特許文献2参照)。ここで、A1結晶構造およびL1結晶構造とは、struckturbericht表示での結晶構造をいう。 Further, to prepare a Co / Pt-based thin film having a thickness of 10mm or 25 mm, to promote the grain growth by heat treatment, in the process of transformation in ordered phase L1 0 crystal structure from the disordered phase A1 crystal structure, a change in magnetic properties Has been reported (see Non-Patent Document 2). Here, the A1 crystal structure and L1 0 crystal structure refers to a crystal structure at struckturbericht display.

JOUNAL OF APPLIED PYSICS,VOLUME 86, NUMBER 8 (1999) “On the relationship of high coercivity and L10 ordered phase in CoPt and FePt thin film”JOUNAL OF APPLIED PYSICS, VOLUME 86, NUMBER 8 (1999) “On the relationship of high coercivity and L10 ordered phase in CoPt and FePt thin film” Physica B 327 (2003) 190-193 “The CoPt system: a natural exchange spring”Physica B 327 (2003) 190-193 “The CoPt system: a natural exchange spring”

しかしながら、上記特許文献1または2に記載の技術を用いて交換スプリング磁石を作製した場合には、膜厚が10〜25nm程度のものしか得られない。このため、上記各特許文献に記載の技術により得られる薄膜は、厚さの比較的小さい磁気記録媒体には適用することができるが、厚さの比較的大きい小型モータ等に適用することができない。   However, when an exchange spring magnet is produced using the technique described in Patent Document 1 or 2, only a film having a thickness of about 10 to 25 nm can be obtained. For this reason, the thin film obtained by the technique described in each of the above patent documents can be applied to a magnetic recording medium having a relatively small thickness, but cannot be applied to a small motor having a relatively large thickness. .

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、成膜後および熱処理後の膜のはがれを防止しつつ、磁気記録媒体以外にも、小型モータや歯科用磁性アッタチメント等に用いることができる、従来に比して厚みの大きな数μm程度の交換スプリング磁石を提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and can be used for small motors, dental magnetic attachments, and the like in addition to magnetic recording media while preventing film peeling after film formation and heat treatment. An object of the present invention is to provide an exchange spring magnet having a thickness of about several μm, which is larger than the conventional one.

本発明者らは、成膜後および熱処理後の膜のはがれが防止でき、しかも比較的厚膜化を実現できる交換スプリング磁石について鋭意、研究を重ねた。その結果、本発明者らは、成膜時のスパッタリングにおいて、基板にガラスまたは純鉄を使用することにより、成膜後および熱処理後の膜のはがれを防止できるとの知見を得た。また、スパッタリング中の成膜速度の適正化を図ることで、厚膜化を図ることができるとの知見を得た。本発明はこのような知見に基づいてなされたものである。   The inventors of the present invention have earnestly researched an exchange spring magnet that can prevent film peeling after film formation and heat treatment, and that can achieve a relatively thick film. As a result, the present inventors have found that the use of glass or pure iron for the substrate in sputtering during film formation can prevent film peeling after film formation and heat treatment. In addition, it has been found that the film thickness can be increased by optimizing the deposition rate during sputtering. The present invention has been made based on such findings.

本発明の交換スプリング磁石の製造方法は、A1結晶構造の鉄−プラチナからなる不規則相中に、L1結晶構造の鉄−プラチナからなる規則相が分散してなる交換スプリング磁石をスパッタリングにて製造するにあたり、基板としてガラスまたは純鉄を用い、Ar:Hが95:5〜100:0、かつガス圧が0.1〜100mTorrのガス雰囲気にて、20〜300Wの投入電力でスパッタリングを行うことを特徴としている。ここで、純鉄とは炭素ならびにその他不純物の総量を0.02%以下とした高純度鉄をいう。 Method of manufacturing a replacement spring magnet of the present invention, iron A1 crystal structure - disordered phase consisting of platinum, L1 0 Iron crystal structure - by sputtering the exchange-spring magnet ordered phase consisting of platinum is dispersed In manufacturing, glass or pure iron is used as a substrate, Ar: H 2 is 95: 5 to 100: 0, and gas pressure is 0.1 to 100 mTorr. Sputtering is performed with an input power of 20 to 300 W. It is characterized by doing. Here, pure iron means high-purity iron in which the total amount of carbon and other impurities is 0.02% or less.

このような交換スプリング磁石の製造方法においては、成膜速度を0.5〜5μm/時とすることや、成膜後に、昇温速度10〜1000℃/分、熱処理温度200〜700℃、保持時間0〜10分、および雰囲気圧力1×10−2Torr以下の熱処理を行なうことが望ましい。なお、上記保持時間は、0分とすることがさらに望ましい。 In such a production method of the exchange spring magnet, the film forming rate is set to 0.5 to 5 μm / hour, and the temperature rising rate is 10 to 1000 ° C./min and the heat treatment temperature is 200 to 700 ° C. after the film forming. It is desirable to perform heat treatment for a time of 0 to 10 minutes and an atmospheric pressure of 1 × 10 −2 Torr or less. The holding time is more preferably 0 minutes.

本発明によれば、スパッタリング時の基板にガラスまたは純鉄を使用することにより、Fe/Ptの単一組成からなる薄膜の成膜後および熱処理後のはがれを防止することができ、また成膜速度の適正化を図ることにより比較的厚く成膜することができる。さらに、本発明によれば、スパッタリングにより作製されたFe/Pt不規則相に熱処理を施すことにより、その一部をFe/Pt規則相に変態させ、硬磁性相のFe/Pt系規則相と、軟磁性相のFe/Pt系不規則相とを兼備する交換スプリング磁石を得ることができる。   According to the present invention, by using glass or pure iron for the substrate during sputtering, it is possible to prevent peeling after the thin film having a single composition of Fe / Pt and after the heat treatment are formed. A film can be formed relatively thick by optimizing the speed. Further, according to the present invention, by heat-treating the Fe / Pt disordered phase produced by sputtering, a part thereof is transformed into an Fe / Pt ordered phase, and the Fe / Pt ordered phase of the hard magnetic phase An exchange spring magnet having both the Fe / Pt irregular phase of the soft magnetic phase can be obtained.

以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
[スパッタリング]
本発明の交換スプリング磁石の製造方法は、A1結晶構造の鉄−プラチナからなる不規則相中に、L1結晶構造の鉄−プラチナからなる規則相が分散してなる交換スプリング磁石をスパッタリング、および熱処理にて製造する方法である。以下に、スパッタリングを行う際の、基板、ガス雰囲気、ガス圧、投入電力、および成膜速度の限定理由について詳細に説明する。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail.
[Sputtering]
Method of manufacturing a replacement spring magnet of the present invention, iron A1 crystal structure - disordered phase consisting of platinum, L1 0 iron crystal structure - sputtering an exchange spring magnet ordered phase consisting of platinum are dispersed, and It is a method of manufacturing by heat treatment. Hereinafter, the reasons for limiting the substrate, gas atmosphere, gas pressure, input power, and film formation rate when performing sputtering will be described in detail.

スパッタリングを行う際には、基板として、従来、ガラス、純鉄、タンタル、銅、シリコン、タングステン、ポリイミド、および鉄系化合物等が用いられていた。これらの中から、本発明では、とくに、ガラスまたは純鉄を用いる。基板としてガラスまたは純鉄を用いることにより、成膜後および熱処理後の膜のはがれを防止することができる。   When performing sputtering, conventionally, glass, pure iron, tantalum, copper, silicon, tungsten, polyimide, iron-based compounds, and the like have been used as substrates. Among these, in the present invention, glass or pure iron is particularly used. By using glass or pure iron as the substrate, peeling of the film after film formation and after heat treatment can be prevented.

スパッタリング中のガス雰囲気(ガス組成)は、Ar:Hを95:5〜100:0の範囲とすることができ、Ar:Hを100:0とすることが好ましい。Ar:Hを上記範囲とすることにより、膜内部への非磁性物質の残存を防止することができ、交換スプリング磁石の優れた磁気特性を実現することができる。 The gas atmosphere in the sputtering (gas composition), Ar: H 2 95: 5 to 100: 0 can be in the range of, Ar: an H 2 100: 0 and it is preferable to. By setting Ar: H 2 in the above range, it is possible to prevent the nonmagnetic substance from remaining inside the film, and to realize excellent magnetic characteristics of the exchange spring magnet.

スパッタリング中のガス圧は、0.1〜100mTorrの範囲とすることができ、20mTorrとすることが好ましい。ガス圧を上記範囲とすることにより、成膜を容易に実施することができる。   The gas pressure during sputtering can be in the range of 0.1 to 100 mTorr, and is preferably 20 mTorr. By setting the gas pressure within the above range, film formation can be easily performed.

スパッタリング中の投入電力は、20〜300Wの範囲とすることができ、200Wとすることが好ましい。投入電力を上記範囲とすることにより、成膜を容易に実施することができる。   The input power during sputtering can be in the range of 20 to 300 W, preferably 200 W. By setting the input power within the above range, film formation can be easily performed.

スパッタリング中の成膜速度は、0.5〜5μm/時の範囲とすることができ、1.7μm/時とすることが好ましい。成膜速度を上記範囲とすることにより、成膜を容易に実施することができ、しかも膜厚を最大300μmとすることができる。   The film formation rate during sputtering can be in the range of 0.5 to 5 μm / hour, and is preferably 1.7 μm / hour. By setting the film formation rate within the above range, film formation can be easily performed, and the film thickness can be set to 300 μm at the maximum.

[熱処理方法]
本発明のさらに好適な交換スプリング磁石の製造方法においては、上記したスパッタリングによる成膜後に、昇温速度、熱処理温度、保持時間、および雰囲気圧力を規定した熱処理を行なう。以下に、これら各条件の限定理由について詳細に説明する。
[Heat treatment method]
In a more preferable method for manufacturing an exchange spring magnet according to the present invention, after the film formation by sputtering described above, a heat treatment is performed in which a heating rate, a heat treatment temperature, a holding time, and an atmospheric pressure are defined. Below, the reason for limitation of each of these conditions is demonstrated in detail.

熱処理中の昇温速度は、10〜1000℃/分の範囲とすることができ、250℃/分とすることが好ましい。昇温速度を10℃/分以上とすることにより、交換スプリング磁石の結晶粒径の粗大化を防止することができるとともに、規則相中に不規則相を残存させることができる。一方、昇温速度を1000℃/分以下とすることにより、不規則相から規則相への変態を十分に実現することができる。   The heating rate during the heat treatment can be in the range of 10 to 1000 ° C./min, and preferably 250 ° C./min. By setting the heating rate to 10 ° C./min or more, it is possible to prevent the crystal grain size of the exchange spring magnet from becoming coarse, and it is possible to leave an irregular phase in the regular phase. On the other hand, when the rate of temperature rise is 1000 ° C./min or less, transformation from the irregular phase to the regular phase can be sufficiently realized.

熱処理中の熱処理温度は、200〜700℃の範囲とすることができ、400〜600℃の範囲とすることが好ましい。熱処理温度を200℃以上とすることにより、不規則相から規則相への変態を十分に実現することができる。一方、熱処理温度を700℃以下とすることにより、規則相中に不規則相を残存させることができる。   The heat treatment temperature during the heat treatment can be in the range of 200 to 700 ° C, and preferably in the range of 400 to 600 ° C. By setting the heat treatment temperature to 200 ° C. or higher, the transformation from the irregular phase to the regular phase can be sufficiently realized. On the other hand, by setting the heat treatment temperature to 700 ° C. or lower, the irregular phase can remain in the ordered phase.

熱処理中の保持時間は、0〜10分の範囲とすることができ、0分とすることが好ましい。保持時間を上記範囲とすることにより、交換スプリング磁石の保磁力はもちろんのこと、残留磁化を高めることができる。   The holding time during the heat treatment can be in the range of 0 to 10 minutes, preferably 0 minutes. By setting the holding time in the above range, not only the coercive force of the exchange spring magnet but also the residual magnetization can be increased.

熱処理中の雰囲気圧力は、例えば、Arガス雰囲気、またはArガスとHガスとの混合ガス雰囲気においては、1×10−2Torr以下とすることができる。雰囲気圧力を上記範囲とすることにより、交換スプリング磁石の酸化を防止することができる。 The atmospheric pressure during the heat treatment can be, for example, 1 × 10 −2 Torr or less in an Ar gas atmosphere or a mixed gas atmosphere of Ar gas and H 2 gas. By setting the atmospheric pressure within the above range, the exchange spring magnet can be prevented from being oxidized.

以上に示したように、本発明の交換スプリング磁石の製造方法においては、スパッタリング時の基板、ガス雰囲気、ガス圧、投入電力、および成膜速度や、その後の熱処理時の昇温速度、熱処理温度、保持時間、および雰囲気圧力を限定して、成膜時および熱処理時の薄膜のはがれが防止でき、しかも厚膜化を図った交換スプリング磁石を得ることができる。なお、上記した各限定事項の中でも、スパッタリング時の基板およびガス圧がとくに重要である。しかしながら、他の限定事項についても、好適範囲を逸脱した場合には、成膜を円滑に実施することができない。   As described above, in the method for manufacturing the exchange spring magnet of the present invention, the substrate during sputtering, the gas atmosphere, the gas pressure, the input power, the film formation rate, the temperature increase rate during the subsequent heat treatment, and the heat treatment temperature. Further, by limiting the holding time and the atmospheric pressure, it is possible to prevent the thin film from peeling off during film formation and heat treatment, and to obtain an exchange spring magnet with a thick film. Of the above-mentioned limitations, the substrate and gas pressure during sputtering are particularly important. However, with regard to other limitations, film formation cannot be performed smoothly if it deviates from the preferred range.

次に、本発明の製造方法により得られた交換スプリング磁石について説明する。スパッタリング終了後、上記した熱処理を行うことにより、不規則相(軟磁性相)を部分的に規則相(硬磁性相)に変態させ、不規則相中に規則相を分散させる。図1は、このようにして得られた交換スプリング磁石(Fe/Pe系)の模式図であり、数nm〜数μmの厚さの不規則相中に多数の規則相が分散している。不規則相は、struckturbericht表示において、L1結晶構造であり、規則相はA1結晶構造である。このような異種結晶構造の組み合わせにより、薄膜に不規則および規則相の双方の特性である高い飽和磁束密度と高い保磁力とを兼備させることができる。 Next, the exchange spring magnet obtained by the manufacturing method of the present invention will be described. After the sputtering is completed, the above-described heat treatment is performed to transform the disordered phase (soft magnetic phase) partially into the ordered phase (hard magnetic phase), and the ordered phase is dispersed in the disordered phase. FIG. 1 is a schematic view of the exchange spring magnet (Fe / Pe system) obtained in this way, and a large number of regular phases are dispersed in an irregular phase having a thickness of several nm to several μm. Disordered phase, in struckturbericht display a L1 0 crystal structure, ordered phase is A1 crystal structure. By such a combination of different crystal structures, the thin film can have both high saturation magnetic flux density and high coercive force, which are both irregular and ordered phase characteristics.

以下、本発明を実施例により、さらに具体的に説明する。
[スパッタリング時の基板、ガス雰囲気(ガス組成)、ガス圧、および投入電力についての検討]
表1に示す基板、ガス組成、ガス圧、投入電力の各条件の下、RFスパッタを用いて成膜時間60分(膜厚が約1.7μm薄膜が得られる条件)でFe/Pt系の成膜を行い、製造例1〜18の各薄膜を得た。これら製造例1〜18の各薄膜について、成膜状態、はがれ状態、および非磁性相混在状態を調査した。それらの結果を表1に併記する。なお、表1中、「成膜」、「はがれ」および「非磁性相混在」はすべて○または×で評価した。具体的には、「成膜」については、目視により基板上に膜ができているか否かを判断した。膜ができていれば○とし、できていなければ×とした。また、「はがれ」については、目視により成膜されたものがはがれているかどうかを判断した。はがれていなければ○とし、はがれていれば×とした。さらに、「非磁性相混在」については、定量分析により、酸化物等の非磁性相の混在状況を判断した。酸素が検出されなければ○とし、酸素が検出されれば×とした。
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples.
[Investigation of substrate, gas atmosphere (gas composition), gas pressure, and input power during sputtering]
Under the conditions of the substrate, gas composition, gas pressure, and input power shown in Table 1, the film formation time is 60 minutes (conditions for obtaining a thin film with a thickness of about 1.7 μm) using RF sputtering. Film formation was performed, and each thin film of Production Examples 1 to 18 was obtained. About each thin film of these manufacture examples 1-18, the film-forming state, the peeling state, and the nonmagnetic phase mixed state were investigated. The results are also shown in Table 1. In Table 1, “film formation”, “peeling”, and “non-magnetic phase mixture” were all evaluated by ○ or ×. Specifically, for “film formation”, whether or not a film was formed on the substrate was visually determined. If the film was made, it was rated as ◯, and if not, it was marked as x. For “peeling”, it was determined whether or not the film formed by visual observation was peeled off. If it was not peeled off, it was marked as ◯, and if it was peeled off, it was marked as x. Furthermore, regarding “nonmagnetic phase mixture”, the state of mixture of nonmagnetic phases such as oxides was determined by quantitative analysis. When oxygen was not detected, it was marked as ◯, and when oxygen was detected, it was marked as x.

Figure 2005079482
Figure 2005079482

表1によれば、基板、ガス組成、ガス圧、および投入電力について、本発明の請求項1の条件をすべて満足する製造例1,2,8,11〜13,16,17については、「成膜」、「はがれ」および「非磁性相混在」のすべてについて良好な結果が得られていることが判る。   According to Table 1, with respect to production examples 1, 2, 8, 11 to 13, 16, and 17 that satisfy all the conditions of claim 1 of the present invention with respect to the substrate, gas composition, gas pressure, and input power, It can be seen that good results were obtained for all of “film formation”, “peeling” and “nonmagnetic phase mixture”.

これに対し、基板にガラスおよび純鉄以外の材料を用いた製造例3〜7については、「はがれ」について良好な結果が得られていないことが判る。また、ガス組成が本発明の請求項1の範囲外である製造例9については、非磁性相が混在していることが判る。さらに、ガス圧または投入電力が本発明の請求項1の範囲外である製造例10,14,15,18については、「成膜」について良好な結果が得られていないことが判る。   On the other hand, in Production Examples 3 to 7 using a material other than glass and pure iron for the substrate, it can be seen that good results for “peeling” are not obtained. In addition, it can be seen that in Production Example 9 in which the gas composition is outside the scope of claim 1 of the present invention, a nonmagnetic phase is mixed. Furthermore, it can be seen that in the production examples 10, 14, 15, and 18 in which the gas pressure or the input power is outside the scope of claim 1 of the present invention, good results for “film formation” are not obtained.

[スパッタリング後の熱処理の昇温速度、熱処理温度および雰囲気圧力についての検討]
次に、製造例1の薄膜に対して表2に示す熱処理を行い、製造例19〜25の各薄膜を得た。これら製造例19〜25の各薄膜について、不規則相の残存状態、規則化の有無、および酸化状況を調査した。それらの結果を表2に併記する。なお、表2中、「不規則相の残存」、「規則化」および「酸化」はすべて○または×で評価した。具体的には、「不規則相の残存」については、熱磁気特性により判断し、不規則相が残存していれば○とし、残存していなければ×とした。また、「規則化」については、熱磁気特性により判断し、不規則相の一部または全部が規則化されていれば○とし、規則化されていなければ×とした。さらに、「酸化」については、定量分析により、酸化物等の生成状況を判断し、酸素が検出されなければ○とし、酸素が検出されれば×とした。
[Examination of heat-up rate of heat treatment after sputtering, heat treatment temperature and atmospheric pressure]
Next, the thin film of Production Example 1 was subjected to the heat treatment shown in Table 2 to obtain the thin films of Production Examples 19 to 25. About each thin film of these manufacture examples 19-25, the residual state of the irregular phase, the presence or absence of ordering, and the oxidation condition were investigated. The results are also shown in Table 2. In Table 2, “remaining irregular phase”, “regularization”, and “oxidation” were all evaluated as ○ or ×. Specifically, the “remaining irregular phase” was judged by thermomagnetic properties, and it was evaluated as “◯” when the irregular phase remained, and “X” when it did not remain. In addition, “regularization” was judged by thermomagnetic properties, and “◯” was given if part or all of the irregular phase was regularized, and “X” was given if it was not regularized. Further, regarding “oxidation”, the state of formation of oxides and the like was determined by quantitative analysis, and “O” was determined when oxygen was not detected, and “X” was detected when oxygen was detected.

Figure 2005079482
Figure 2005079482

表2によれば、昇温速度、熱処理温度、および雰囲気圧力について、本発明の請求項3の条件をすべて満足する製造例19,24については、「不規則相の残存」、「規則化」および「酸化」のすべてについて良好な結果が得られていることが判る。   According to Table 2, with respect to the production examples 19 and 24 that satisfy all the conditions of claim 3 of the present invention with respect to the heating rate, the heat treatment temperature, and the atmospheric pressure, It can be seen that good results have been obtained for all of the “oxidation”.

これに対し、昇温温度が本発明の請求項3の範囲外である製造例20,21については、「不規則相の残存」または「規則化」について良好な結果が得られていないことが判る。これは、製造例20では昇温速度が小さすぎ、また製造例21では、昇温速度が大きすぎるためである。また、熱処理温度が本発明の請求項3の範囲外である製造例22,23については、「規則化」または「不規則相の残存」について良好な結果が得られていないことが判る。これは、製造例22では熱処理温度が低すぎ、また製造例23では、熱処理温度が高すぎるためである。さらに、圧力雰囲気が本発明の請求項3の範囲外である製造例25については、「酸化」について良好な結果が得られていないことが判る。   On the other hand, with respect to Production Examples 20 and 21 in which the temperature rise is outside the scope of claim 3 of the present invention, good results regarding “remaining irregular phase” or “ordering” are not obtained. I understand. This is because the heating rate is too small in Production Example 20 and the heating rate is too high in Production Example 21. In addition, it can be seen that in the production examples 22 and 23 in which the heat treatment temperature is outside the range of claim 3 of the present invention, good results are not obtained with respect to “ordering” or “remaining irregular phase”. This is because the heat treatment temperature is too low in Production Example 22 and the heat treatment temperature is too high in Production Example 23. Furthermore, it can be seen that in the case of Production Example 25 in which the pressure atmosphere is outside the scope of claim 3 of the present invention, good results for “oxidation” are not obtained.

[磁気特性(保磁力および残留磁化)の保持時間依存性、および配向性についての検討、ならびに交換相互作用の確認および磁性相の確認]
スパッタリング装置としてULVAC SBR-1104Eを用い、RFスパッタによりFe/Pt系の成膜を行い薄膜を作製した。この際、基板にはガラスを用い、ガス雰囲気は100%Arとするとともに、ガス圧は2.0×10−2Torrとし、成膜時間は60分とした。次いで、赤外線加熱炉を用いて上記薄膜に対して熱処理を行った。この際、昇温速度を250℃/分とし、熱処理温度を500℃とし、雰囲気圧力を3.0×10−5Torrとし、保持時間は0〜60分とした。なお、熱処理時のヒーティングパターンを図2に示す。以上により得られた薄膜についての、磁気特性(保磁力および残留磁化)の保持時間依存性、配向性、交換相互作用および磁性相に関する調査結果を図3〜6を参照して、以下に詳細に説明する。
[Examination of retention time dependence and orientation of magnetic properties (coercivity and remanent magnetization), confirmation of exchange interaction and confirmation of magnetic phase]
A ULVAC SBR-1104E was used as a sputtering apparatus, and an Fe / Pt film was formed by RF sputtering to produce a thin film. At this time, glass was used for the substrate, the gas atmosphere was 100% Ar, the gas pressure was 2.0 × 10 −2 Torr, and the film formation time was 60 minutes. Next, the thin film was heat-treated using an infrared heating furnace. At this time, the heating rate was 250 ° C./min, the heat treatment temperature was 500 ° C., the atmospheric pressure was 3.0 × 10 −5 Torr, and the holding time was 0 to 60 minutes. In addition, the heating pattern at the time of heat processing is shown in FIG. With respect to the thin film obtained as described above, the investigation results regarding the retention time dependence, orientation, exchange interaction, and magnetic phase of magnetic properties (coercivity and remanent magnetization) will be described in detail below with reference to FIGS. explain.

図3は、磁気特性(保磁力および残留磁化)の保持時間依存性を示すグラフである。図3によれば、保持時間0分で残留磁化は最も大きく、約1.05Tとなり、保磁力も510kA/mと高い値を示すことが判る。交換相互作用がなく、配向もしていない場合、Fe/Pt系規則合金の残留磁化の理論値は0.7Tである。図3の結果は、その値を超えており、交換相互作用が発現していることが判る。   FIG. 3 is a graph showing the retention time dependence of magnetic properties (coercivity and remanent magnetization). According to FIG. 3, it can be seen that the remanent magnetization is the largest at a retention time of 0 minutes, about 1.05 T, and the coercive force is as high as 510 kA / m. When there is no exchange interaction and no orientation, the theoretical value of the remanent magnetization of the Fe / Pt system ordered alloy is 0.7T. The result of FIG. 3 exceeds the value, and it can be seen that the exchange interaction is expressed.

図4は、薄膜の垂直方向および面内方向についての磁化と磁界との関係(磁化曲線)を示す図である。同図に示すところによれば、この磁化曲線の形状において、面内方向と垂直方向で大きな差異がみられないことから、面内配向の影響で残留磁化の値が大きくなっているのではないことが判る。よって、残留磁化の向上は交換相互作用によるものであるといえる。   FIG. 4 is a diagram showing the relationship (magnetization curve) between the magnetization and the magnetic field in the vertical direction and in-plane direction of the thin film. According to the figure, since there is no significant difference between the in-plane direction and the perpendicular direction in the shape of this magnetization curve, the value of remanent magnetization is not increased due to the effect of in-plane orientation. I understand that. Therefore, it can be said that the improvement of the remanent magnetization is due to the exchange interaction.

次に、交換相互作用のスプリングバック率による評価を行った。ここで、スプリングバック率とは、図5(a)に示すように、H=0(Mr)からHmまで反磁界をかけた後、反磁界を取り去ったときの磁化の大きさをMとした場合に、M/Mr×100(%)で定義される値である。交換相互作用が働くと、この値は大きくなる。   Next, the exchange interaction was evaluated by the springback rate. Here, as shown in FIG. 5A, the springback rate is defined as M when the demagnetizing field is removed after applying the demagnetizing field from H = 0 (Mr) to Hm. In this case, the value is defined by M / Mr × 100 (%). This value increases when exchange interaction works.

図5(b)は、スプリングバック率と保磁力に対する反転磁界の比との関係を示すグラフである。同図によれば、本発明の薄膜は、Fe/Pt系規則合金に比して高いスプリングバック率が得られていることから、規則相(硬磁性)と不規則相(軟磁性)との間に交換相互作用が働いていると判断することができ、交換スプリング磁石が得られているといえる。   FIG. 5B is a graph showing the relationship between the springback rate and the ratio of the reversal magnetic field to the coercive force. According to the figure, the thin film of the present invention has a higher springback rate than that of the Fe / Pt ordered alloy, so that the ordered phase (hard magnetism) and the irregular phase (soft magnetism) It can be determined that exchange interaction is working between them, and it can be said that an exchange spring magnet is obtained.

さらに、熱磁気特性により、磁性相の分析を行った。図6は、磁気モーメントと温度との関係を示すグラフであり、(a)は不規則相(軟磁性相)の薄膜、(b)は規則相(硬磁性相)の薄膜、および(c)は規則相と不規則相とが混在している本発明の薄膜についての結果を示す。これらの図によれば、本発明の薄膜についてのグラフ図6(c)は不規則相単独のグラフ図6(a)と規則相単独のグラフ図6(b)とのそれぞれに近いピークを有するため、磁気的に多相構造となっているといえる。   Furthermore, the magnetic phase was analyzed by thermomagnetic properties. FIG. 6 is a graph showing the relationship between magnetic moment and temperature, where (a) is an irregular phase (soft magnetic phase) thin film, (b) is an ordered phase (hard magnetic phase) thin film, and (c). Shows the result for the thin film of the present invention in which a regular phase and an irregular phase are mixed. According to these figures, the graph FIG. 6C for the thin film of the present invention has peaks close to the graph FIG. 6A of the disordered phase alone and the graph FIG. 6B of the ordered phase alone, respectively. Therefore, it can be said that it has a magnetically multiphase structure.

[本発明のFe/Pt系交換スプリング磁石と従来の白金を用いた交換スプリング磁石との膜厚の比較]
本発明の製造方法により得られた交換スプリング磁石、すなわち実施例1で記載した製造例1,2,8,11〜13,16,17のFe/Pt系薄膜の膜厚は、すべて1.7μm程度であった。これに対し、上記特許文献1の製造方法で得られたCo/Pt系薄膜(fct構造)およびFe/Pt系薄膜(fct構造)の膜厚はともに10nmであり、上記特許文献2の製造方法で得られたCo/Pt系薄膜(fct構造)およびCo/Pt系薄膜(fcc構造)の膜厚は、それぞれ10nm、25nmであった。したがって、本発明の製造方法によれば、従来に比して厚膜化を実現することができるといえる。
[Comparison of film thickness between the Fe / Pt exchange spring magnet of the present invention and a conventional exchange spring magnet using platinum]
The thicknesses of the exchange spring magnets obtained by the production method of the present invention, that is, the Fe / Pt thin films of Production Examples 1, 2, 8, 11 to 13, 16, and 17 described in Example 1, are all 1.7 μm. It was about. In contrast, the Co / Pt-based thin film (fct structure) and the Fe / Pt-based thin film (fct structure) obtained by the manufacturing method of Patent Document 1 both have a film thickness of 10 nm. The film thicknesses of the Co / Pt-based thin film (fct structure) and Co / Pt-based thin film (fcc structure) obtained in the above were 10 nm and 25 nm, respectively. Therefore, according to the manufacturing method of the present invention, it can be said that the film thickness can be increased as compared with the conventional method.

本発明によれば、成膜後および熱処理後の膜のはがれが防止でき、しかも厚膜化が可能な交換スプリング磁石を提供することができる。よって、本発明の交換スプリング磁石の製造方法は、高い飽和磁束密度と高い保磁力が要求され、しかも膜厚も数μm程度が要求される、モータ、磁気センサ、回転センサ、加速度センサ、トルクセンサ、ならびに歯科用磁性アタッチメント等の製造に適用することができる。   According to the present invention, it is possible to provide an exchange spring magnet that can prevent film peeling after film formation and heat treatment, and that can be made thicker. Therefore, the manufacturing method of the exchange spring magnet of the present invention requires a high saturation magnetic flux density and a high coercive force, and a film thickness of about several μm is required. Motor, magnetic sensor, rotation sensor, acceleration sensor, torque sensor , As well as the manufacture of dental magnetic attachments and the like.

本発明の交換スプリング磁石(Fe/Pe系)の模式図である。It is a schematic diagram of the exchange spring magnet (Fe / Pe system) of this invention. 熱処理時のヒーティングパターンを示すグラフである。It is a graph which shows the heating pattern at the time of heat processing. 磁気特性(保磁力および残留磁化)の保持時間依存性を示すグラフである。It is a graph which shows the retention time dependence of a magnetic characteristic (coercive force and residual magnetization). 薄膜の垂直方向および面内方向についての磁化と磁界との関係(磁化曲線)を示す図である。It is a figure which shows the relationship (magnetization curve) of the magnetization and magnetic field about the perpendicular direction and in-plane direction of a thin film. (a)は、スプリングバック率を定義するために用いた磁化と磁界との関係を示す図であり、(b)は、スプリングバック率と保磁力に対する反転磁界の比との関係を示すグラフである。(A) is a figure which shows the relationship between the magnetization and magnetic field which were used in order to define a springback rate, (b) is a graph which shows the relationship between a springback rate and the ratio of the reversal magnetic field with respect to a coercive force. is there. 磁気モーメントと温度との関係を示すグラフであり、(a)は不規則相(軟磁性相)の薄膜、(b)は規則相(硬磁性相)の薄膜、および(c)は規則相と不規則相とが混在している本発明の薄膜についての結果を示す。It is a graph which shows the relationship between magnetic moment and temperature, (a) is a thin film of an irregular phase (soft magnetic phase), (b) is a thin film of an ordered phase (hard magnetic phase), and (c) is an ordered phase. The result about the thin film of this invention in which an irregular phase is mixed is shown.

Claims (4)

A1結晶構造の鉄−プラチナからなる不規則相中に、L1結晶構造の鉄−プラチナからなる規則相が分散してなる交換スプリング磁石をスパッタリングにて製造する方法であって、
基板としてガラスまたは純鉄を用い、Ar:Hが95:5〜100:0、かつガス圧が0.1〜100mTorrのガス雰囲気にて、20〜300Wの投入電力でスパッタリングを行うことを特徴とする交換スプリング磁石の製造方法。
Iron A1 crystal structure - disordered phase consisting of platinum, L1 0 Iron crystal structure - a method of ordered phase consisting of platinum to produce an exchange-spring magnet having dispersed by sputtering,
Using glass or pure iron as a substrate, Ar: H 2 is 95: 5 to 100: 0, and at a gas atmosphere of gas pressure 0.1~100MTorr, characterized by performing the sputtering power applied 20~300W A method for manufacturing an exchange spring magnet.
成膜速度を0.5〜5μm/時とすることを特徴とする請求項1に記載の交換スプリング磁石の製造方法。   The method for producing an exchange spring magnet according to claim 1, wherein the film formation rate is 0.5 to 5 μm / hour. 成膜後に、昇温速度10〜1000℃/分、熱処理温度200〜700℃、保持時間0〜10分、および雰囲気圧力1×10−2Torr以下の熱処理を行なうことを特徴とする請求項1または2に記載の交換スプリング磁石の製造方法。 The heat treatment is performed after the film formation at a heating rate of 10 to 1000 ° C./min, a heat treatment temperature of 200 to 700 ° C., a holding time of 0 to 10 minutes, and an atmospheric pressure of 1 × 10 −2 Torr or less. Or the manufacturing method of the exchange spring magnet of 2. 前記保持時間を0分とすることを特徴とする請求項3に記載の交換スプリング磁石の製造方法。   The method for manufacturing an exchange spring magnet according to claim 3, wherein the holding time is 0 minute.
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