專利名稱：永久磁鐵薄膜及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及永久磁鐵薄膜及其制造方法。特別涉及適合在小型電動機(jī)、微傳動裝置、向磁阻元件外加偏移磁場的元件、磁記錄媒體等使用的永久磁鐵薄膜。
背景技術(shù)：
隨著各種電氣機(jī)械的小型化的進(jìn)展，正在推進(jìn)使用永久磁鐵薄膜的微電機(jī)或微傳動裝置等的開發(fā)。永久磁鐵薄膜的磁性左右這類裝置的大小或性能。因此，作為永久磁鐵薄膜的材料，最大磁能積高的Nd-Fe-B系磁鐵材料或Sm-Co系磁鐵材料受到關(guān)注，其研究開發(fā)正盛行。其中，構(gòu)成Nd-Fe-B系磁鐵材料的主相的正方晶Nd2Fe14B化合物，因其飽和磁化比SmCo5或Sm2Co17的飽和磁化高，作為高性能永久磁鐵薄膜的材料，正受到關(guān)注。
但是，在塊狀永久磁鐵的情況下，制作最大磁能積超過400kJ/m3的Nd-Fe-B系磁鐵，并達(dá)到商品化，與此相反，以正方晶Nd2Fe14B化合物作為主體的永久磁鐵薄膜，使磁化和矯頑磁力兩者提高是困難的，因此，目前還處于未達(dá)到實(shí)用化的狀況。
在永久磁鐵薄膜的情況下，使磁化和矯頑磁力兩者提高是困難的一個(gè)原因在于，采用薄膜堆積技術(shù)形成的Nd-Fe-B系磁鐵的磁各向異性比采用粉末冶金法制成的整體狀永久磁鐵低。
在采用粉末冶金法的情況下，在制作磁鐵粉末的成形體時(shí)，在磁場中進(jìn)行磁鐵粉末的取向或利用滑移變形，能夠比較容易地對材料賦予強(qiáng)的磁各向異性。
在采用薄膜堆積技術(shù)的情況下，例如在F.J.Cadieu，etal，IEEE Trans.Magn.22(1986)p.752等中公開了，利用晶體成長的各向異性的垂直磁化膜的制作例。但認(rèn)為該技術(shù)的完成程度還沒有達(dá)到在粉末冶金法中使用的各向異性化技術(shù)的水平。
另外，如在K.D.Ayelsworth et al.，Journal of Magnetism and MagneticMaterials 82(1989)p.48中所公開，在以正方晶R2Fe14B化合物作為主相的薄膜中，常常發(fā)生混入或生成不希望的稀土金屬氧化物等雜質(zhì)相。這種情況也成為阻礙永久磁鐵薄膜的特性改善的因素。
為此，進(jìn)行了企圖改善永久磁鐵薄膜的特性的各種嘗試。例如在特開平7-6916號公報(bào)中公開了，在稀土合金磁性薄膜上配置保護(hù)膜的永久磁鐵薄膜。另外，在特開平9-219313號公報(bào)中公開了，在稀土合金磁性薄膜的上下配置保護(hù)膜的永久磁鐵薄膜。
這些保護(hù)膜防止稀土合金磁性薄膜和大氣或者基板之間的反應(yīng)，由此發(fā)揮稀土合金磁性薄膜的磁特性不發(fā)生劣化的機(jī)能。
但是，前述的現(xiàn)有技術(shù)，抑制稀土合金磁性薄膜和基板或者大氣直接接觸而產(chǎn)生的反應(yīng)，以防止由這樣的反應(yīng)引起的磁性膜的變質(zhì)為目的，因而不能充分地控制稀土合金磁性薄膜的金屬組織。因此，矯頑磁力比來自正方晶R2Fe14B化合物本來具有的晶體磁各向異性能的、所期待的值低，另外，也得不到足夠的殘留磁通密度。
為了使永久磁鐵薄膜實(shí)用化，必須使其磁能積比現(xiàn)狀提高。為此，必須控制堆積的稀土合金磁性層的金屬組織，進(jìn)一步提高其磁各向異性。
本發(fā)明就是鑒于這樣的事實(shí)完成的，其目的在于，通過控制金屬組織，提供同時(shí)具有高矯頑磁力和高殘留磁通密度的高性能永久磁鐵薄膜。另外，本發(fā)明的另一目的在于，提供使用這樣的永久磁鐵薄膜的旋轉(zhuǎn)機(jī)和磁記錄媒體。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的永久磁鐵薄膜是具備高熔點(diǎn)金屬層和稀土合金磁性層交互層疊的4層以上的層疊結(jié)構(gòu)的永久磁鐵薄膜，其特征在于，前述高熔點(diǎn)金屬層由選自Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta和W中的至少一種材料形成，具有5nm以上、50nm以下的厚度，前述稀土合金磁性層的主構(gòu)成相是正方晶R2Fe14B(R是Nd和/或Pr)，具有50nm以上、500nm以下的厚度。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，前述稀土合金磁性層具有磁各向異性。
垂直于前述稀土合金磁性層的面內(nèi)方向的殘留磁通密度(Br2)相對前述稀土合金磁性層的面內(nèi)方向的殘留磁通密度(Br1)的比(Br2/Br1)優(yōu)選是2以上。
在前述層疊結(jié)構(gòu)中包含的前述稀土合金磁性層的層數(shù)優(yōu)選是3以上。
高熔點(diǎn)金屬層的合計(jì)厚度(tn)相對在前述層疊結(jié)構(gòu)中包含的前述稀土合金磁性層的合計(jì)厚度(tm)的比率(tn/tm)，優(yōu)選滿足0.01≤(tn/tm)≤0.3。
在一種優(yōu)選實(shí)施方式中，在支持前述層疊結(jié)構(gòu)的基板和前述層疊結(jié)構(gòu)之間形成有緩沖層。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，前述緩沖層由選自Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta和W中的至少一種材料形成。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，在前述層疊結(jié)構(gòu)的最上層形成有保護(hù)層。
前述保護(hù)層也可以是由選自Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta和W中的至少一種材料形成。
本發(fā)明的永久磁鐵薄膜的制造方法，包括以下的工序準(zhǔn)備由具有300℃以上熔點(diǎn)的材料形成的基板的工序，以及在前述基板上形成高熔點(diǎn)金屬層和稀土合金磁性層交互層疊的4層以上的層疊結(jié)構(gòu)的工序，前述高熔點(diǎn)金屬層由選自Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta和W中的至少一種材料形成，具有5nm以上、50nm以下的厚度，前述稀土合金磁性層的主構(gòu)成相是正方晶R2Fe14B(R是Nd和/或Pr)，具有50nm以上、500nm以下的厚度。
在一種優(yōu)選實(shí)施方式中，在前述基板上形成前述層疊結(jié)構(gòu)的工序中，一邊將前述基板的溫度調(diào)整至300℃以上、800℃以下的范圍，一邊形成前述稀土合金磁性層。
在前述基板上形成前述層疊結(jié)構(gòu)的工序中，一邊將前述基板的溫度調(diào)整至不到300℃，一邊形成前述稀土合金磁性層，在前述基板上形成前述層疊結(jié)構(gòu)后，可以將前述層疊結(jié)構(gòu)加熱至400℃以上、800℃以下的溫度。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，包括在前述層疊結(jié)構(gòu)的形成中或者形成后，對前述層疊結(jié)構(gòu)外加磁場的工序。
本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)機(jī)的特征是，具備前述的任一種永久磁鐵薄膜。
本發(fā)明的磁記錄媒體的特征是，具備前述的任一種永久磁鐵薄膜。


圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式中的永久磁鐵薄膜的斷面圖。
圖2是表示現(xiàn)有永久磁鐵薄膜的斷面圖。
圖3是表示表1中的試樣No.1的比較例的磁化曲線圖。橫軸表示外部磁場的大小，縱軸表示磁場強(qiáng)度。
圖4是表示表1中的試樣No.3的實(shí)施例的磁化曲線圖。橫軸表示外部磁場的大小，縱軸表示磁場強(qiáng)度。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明人針對主構(gòu)成相是正方晶R2Fe14B化合物(R是Nd和/或Pr)的R-Fe-B系合金層和由高熔點(diǎn)金屬構(gòu)成的層交互重疊的種種層疊膜，進(jìn)行了永久磁鐵特性的研究。其結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在R-Fe-B系合金層的上下配置的高熔點(diǎn)金屬層的種類或R-Fe-B系合金層自身的厚度強(qiáng)烈地影響R-Fe-B系合金層的金屬組織，從而想到了本發(fā)明。
本發(fā)明的永久磁鐵薄膜是具備高熔點(diǎn)金屬層和稀土合金磁性層交互層疊的4層以上的層疊結(jié)構(gòu)的永久磁鐵薄膜。高熔點(diǎn)金屬層由選自Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta和W中的至少一種材料形成，具有5nm以上、50nm以下的厚度。另外，稀土合金磁性層的主構(gòu)成相是正方晶R2Fe14B，具有50nm以上、500nm以下的厚度。在此，R是包括Nd、Pr或者Nd和Pr兩者。Fe的一部分可以由Co或Ni等過渡金屬元素取代。
本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，由于采用這樣的層疊結(jié)構(gòu)，雖然是薄膜，但能夠制作既具有強(qiáng)的垂直磁各向異性、又具有高矯頑磁力的永久磁鐵。
以下，一邊參照圖1，一邊對本發(fā)明的永久磁鐵薄膜的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)的說明。圖1表示在本實(shí)施方式中的永久磁鐵薄膜的斷面構(gòu)成。
圖1所示的永久磁鐵薄膜具備高熔點(diǎn)金屬層2、4、6、8、10和稀土合金磁性層3、5、7、9、11交互層疊的10層的層疊結(jié)構(gòu)，該層疊結(jié)構(gòu)設(shè)置在基板1上。
高熔點(diǎn)金屬層2、4、6、8、和10由選自Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta和W中的至少一種材料形成，具有5nm以上、50nm以下的厚度。
稀土合金磁性層3、5、7、9和11的主構(gòu)成相是正方晶R2Fe14B(R是Nd和/或Pr)，其厚度調(diào)整成50nm以上、500nm以下。在該永久磁鐵中，作為硬磁性相的正方晶R2Fe14B化合物主要擔(dān)負(fù)磁性。在需要具有高矯頑磁力的永久磁鐵薄膜的情況下，各稀土合金磁性層的特別優(yōu)選厚度是50nm以上、500nm以下。另外，層疊結(jié)構(gòu)中的稀土合金磁性層的層數(shù)優(yōu)選是3以上。
在前述的層疊結(jié)構(gòu)中，在上下重疊的兩層稀土合金磁性層(例如磁性層3和磁性層5)之間，必須設(shè)置薄的高熔點(diǎn)金屬層(例如高熔點(diǎn)金屬層4)。在本實(shí)施方式中，在位于最下層的稀土合金磁性層3和基板1之間也存在高熔點(diǎn)金屬層2，但也可以省略該高熔點(diǎn)金屬層2。另外，在圖1的例子中，在位于最上層的稀土合金磁性層11上不形成高熔點(diǎn)金屬層，但在該稀土合金磁性層11上也可以設(shè)置其他的高熔點(diǎn)金屬層。
從提高稀土合金磁性層的磁各向異性的觀點(diǎn)考慮，高熔點(diǎn)金屬層的材料不是任意的，必須由選自Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta和W中的至少一種材料形成。稀土合金磁性層中的R2Fe14B化合物，在堆積時(shí)或者在熱處理時(shí)，如果接觸由前述材料形成的高熔點(diǎn)金屬層，就存在使其易磁化軸沿垂直于基板面的方向取向的傾向。換言之，前述的高熔點(diǎn)金屬層具有提高稀土合金磁性層的磁各向異性、提高垂直于面的殘留磁通密度Br的機(jī)能。
進(jìn)而，這些高熔點(diǎn)金屬層4、6、8和10將永久磁鐵薄膜中的稀土合金沿薄膜方向割斷，由此起到抑制正方晶R2Fe14B化合物的晶體成長的作用。其結(jié)果，在稀土合金磁性層3、5、7、9、和11的各層中形成細(xì)金屬組織，提高矯頑磁力。圖2表示在基板1上形成單一的稀土合金層12的現(xiàn)有永久磁鐵薄膜的斷面構(gòu)成圖。從圖1和圖2可知，本實(shí)施方式的稀土合金磁性層3、5、7、9和11的合計(jì)厚度與圖2的稀土合金磁性層12的厚度大致相同，圖1中的稀土合金磁性層3、5、7、9和11的各層，由于高熔點(diǎn)金屬層4、6、8和10的存在而被割斷。其結(jié)果，在稀土合金磁性層3、5、7、9、和11中，抑制正方晶R2Fe14B化合物的晶體成長，其結(jié)晶組織得到充分地細(xì)化。這就大大地有助于矯頑磁力的增大。
再者，已經(jīng)知道，如果高熔點(diǎn)金屬層2、4、6、8和10的各層厚度低于5nm，就不能充分獲得前述的結(jié)晶取向效果。另一方面，如果高熔點(diǎn)金屬層2、4、6、8和10的各層厚度超過50nm，非磁性的高熔點(diǎn)金屬原子就大量地溶入稀土合金磁性層中，存在使磁性層的結(jié)晶體磁各向異性能減少的危險(xiǎn)。
另外，由上下的稀土合金磁性層夾持的高熔點(diǎn)金屬層4、6、8和10如果變得過厚，上下兩層的稀土合金磁性層間的磁結(jié)合會變?nèi)?，因而是不佳的。該磁結(jié)合的問題，在高熔點(diǎn)金屬層位于層疊結(jié)構(gòu)的最下層時(shí)或位于最上層時(shí)，特別不成為問題。處于這樣的位置的高熔點(diǎn)金屬層，不如說作為保護(hù)層的機(jī)能更重要，因而也可以具有超過50nm的厚度。
如果高熔點(diǎn)金屬層的厚度相對稀土合金磁性層的厚度的比率變得過大，Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta和W就不是強(qiáng)磁性，因而層疊膜整體的磁化降低，是不令人滿意的。因此，構(gòu)成一個(gè)永久磁鐵薄膜的高熔點(diǎn)金屬層2、4、6、8和10的合計(jì)厚度(tn)相對稀土合金磁性層3、5、7、9和11的合計(jì)厚度(tm)的比率(tn/tm)優(yōu)選滿足0.01≤(tn/tm)≤0.3。
在R-Fe-B系合金的三元狀態(tài)圖中，已知存在許多熱平衡相和亞穩(wěn)定相，但在本發(fā)明的永久磁鐵薄膜中，R-Fe-B合金層主要以正方晶R2Fe14B化合物構(gòu)成。正方晶R2Fe14B化合物在R-Fe-B系合金三元系中已知的化合物中，結(jié)晶體磁各向異性能最大，因此實(shí)現(xiàn)高矯頑磁力。為此，希望R2Fe14B化合物在稀土合金磁性層中占有的比例盡可能大。
另外，已經(jīng)知道，矯頑磁力也依存于R2Fe14B化合物的金屬組織或晶粒直徑。為了提高矯頑磁力，希望通過使結(jié)晶細(xì)化，來阻礙磁疇壁的移動。本發(fā)明的永久磁鐵薄膜，如前面所述，稀土合金磁性層被高熔點(diǎn)金屬層沿膜厚方向割斷，因而正方晶R2Fe14B的晶體成長受到各磁性層的厚度限制。因此，通過調(diào)整稀土合金磁性層，使R2Fe14B化合物的晶粒直徑最佳化，就能夠使矯頑磁力增加。
如前面所述，如果稀土合金磁性層過厚，正方晶R2Fe14B晶粒會粗大化，因而矯頑磁力降低，另外，晶體成長的取向性也混亂，因而磁化也降低。因此，各稀土合金磁性層的厚度優(yōu)選是500nm以下。另一方面，如果各稀土合金磁性層的厚度過薄，就有在層疊結(jié)構(gòu)全體中占有的非磁性層的存在比率變高的傾向，因而層疊結(jié)構(gòu)整體的平均磁化水平降低，因此是不佳的。各稀土合金磁性層的厚度優(yōu)選是50nm以上。
以下，說明本發(fā)明的永久磁鐵薄膜制造方法的實(shí)施方式。
首先，準(zhǔn)備由具有300℃以上熔點(diǎn)的材料形成的基板?；逶趯盈B結(jié)構(gòu)的形成中或者在形成后，經(jīng)受300℃以上的熱處理。因此，基板的材料具有300℃以上的熔點(diǎn)，必須耐前述的熱處理。進(jìn)而，基板優(yōu)選由在薄膜形成中或在加熱處理中和氛圍氣體或堆積的材料不容易發(fā)生反應(yīng)、化學(xué)方面穩(wěn)定的材料形成。作為這樣的基板，適合使用Si片、Mo板、不銹鋼、各種鋼板、藍(lán)寶石板、石英板、玻璃板、Al2O3-TiC復(fù)合陶瓷板等。
即使在基板本身的材料容易和稀土合金磁性層發(fā)生反應(yīng)的情況下，在基板上面覆蓋抑制這種反應(yīng)的緩沖層也沒有問題。作為這樣的緩沖層，可以使用由選自Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta和W中的至少一種材料形成的高熔點(diǎn)金屬層，也可以使用其他的穩(wěn)定膜。緩沖層的厚度不限制在50nm以下。
本發(fā)明使用濺射法等薄膜堆積技術(shù)，在基板上形成交互層疊高熔點(diǎn)金屬層和稀土合金磁性層的結(jié)構(gòu)。在基板上形成層疊結(jié)構(gòu)的工序中，可以采用將基板的溫度調(diào)整成300℃以上、800℃以下范圍的方法，以及在基板上形成層疊結(jié)構(gòu)的工序中，將基板的溫度調(diào)整成不到300℃，在基板上形成層疊結(jié)構(gòu)后，進(jìn)行400℃以上、800℃以下的熱處理的方法的任一種。
在層疊結(jié)構(gòu)形成時(shí)的基板加熱方法是任意的，例如可以利用套管加熱器或紅外線燈加熱器直接或者間接加熱基板。另外，在層疊結(jié)構(gòu)形成后進(jìn)行的加熱處理，希望在真空中或者惰性氣體氣氛中進(jìn)行，以便永久磁鐵薄膜不發(fā)生氧化。該加熱處理的時(shí)間隨熱處理溫度不同而異，例如，在熱處理溫度是600℃時(shí)，優(yōu)選進(jìn)行0.2～2小時(shí)左右的加熱處理。
構(gòu)成稀土合金磁性層的稀土金屬或者包含稀土金屬的合金容易氧化，因此堆積工序希望堆積裝置內(nèi)的氣氛達(dá)到高真空或者是惰性氣體。作為優(yōu)選的薄膜堆積方法，除了濺射法以外，可舉出真空蒸鍍法或激光融化法等。采用這些方法堆積成的層的化學(xué)、物理方面的金屬組織的特性受堆積工序的諸條件左右。R-Fe-B系合金容易發(fā)生非晶態(tài)化，因此將堆積時(shí)的基板溫度控制在前述的范圍，或者必須利用堆積后的加熱處理進(jìn)行結(jié)晶化。
在本發(fā)明的永久磁鐵薄膜應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)機(jī)等時(shí)，基板材料是化學(xué)穩(wěn)定的，而且作為軛鐵材料的適當(dāng)材料，例如使用硅鋼板或坡莫合金板等。
在本發(fā)明的永久磁鐵薄膜應(yīng)用于磁記錄媒體時(shí)，希望在永久磁鐵薄膜上設(shè)置由金剛石狀石墨等構(gòu)成的保護(hù)膜。在以該記錄媒體作為垂直磁記錄媒體使用時(shí)，希望在永久磁鐵薄膜和基板之間設(shè)置Ni-P或坡莫合金膜等的內(nèi)襯層。[實(shí)施例]以下，說明本發(fā)明的實(shí)施例。(實(shí)施例1)在本實(shí)施例中，首先，使用DC二極管磁控管濺射裝置，制作在加熱至550℃的Al2O3-TiC陶瓷基板上，交互層疊由Ta、Mb、Zr、Ti層的任一種層構(gòu)成的高熔點(diǎn)金屬層和Nd-Fe-B合金層(稀土合金磁性層)的數(shù)個(gè)試樣。在本實(shí)施例中，關(guān)于所有試樣，規(guī)定Nd-Fe-B合金層的合計(jì)厚度為1000nm(200nm×5)。各試樣中的層疊結(jié)構(gòu)和磁性能示于下面的表1中。


這里，試樣No.2～8是本發(fā)明的實(shí)施例，試樣No.1和試樣No.9～13是比較例。
Ta、Mb、Zr、Ti層的形成，分別使用純金屬靶(target)，以接通電力3～6W/cm2、Ar壓力0.5Pa、堆積速度0.1～0.8nm/s的條件進(jìn)行。Nd-Fe-B合金層的形成，使用在靶中按原子比具有Nd14Fe71B15的組成的鑄造合金，以接通電力10W/cm2、Ar壓力0.5Pa、堆積速度3nm/s的條件進(jìn)行。
試樣在濺射裝置的室內(nèi)冷卻后取出，用試樣振動型磁力計(jì)測定膜面內(nèi)方向和垂直膜面方向的磁化曲線。以該數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，假定僅Nd-Fe-B合金層同樣地被磁化，計(jì)算特性值，按照該特性值得到的殘留磁通密度Br和矯頑磁力HcJ示于表1。
再者，在表1中的“層疊結(jié)構(gòu)”欄中記載的“基板/〔Ti(20nm)/Nd-Fe-B(200nm)〕×5”的標(biāo)記，表示“在基板上形成交互層疊厚度20nm的Ti層和厚度200nm的Nd-Fe-B合金層的結(jié)構(gòu)，在其層疊結(jié)構(gòu)中包含的Ti層和Nd-Fe-B合金層的層數(shù)都是5”。
從表1可知，實(shí)施例的矯頑磁力HcJ都比只形成單層的Nd-Fe-B合金層的比較例(試樣No.1)的矯頑磁力HcJ大。另外，在實(shí)施例中，垂直于膜面方向的殘留磁通密度Br2比膜面內(nèi)方向的殘留磁通密度Br1高，顯示所謂的垂直磁各向異性。尤其，試樣No.3～7的情況下，垂直于膜面方向的殘留磁通密度Br2相對膜面內(nèi)方向的殘留磁通密度Br1的比率(Br2/Br1)成為5以上的高值。
在圖3中示出試樣No.1的比較例的磁化曲線，在圖4中示出試樣No.3的實(shí)施例的磁化曲線。比較這些磁化曲線就可知道，實(shí)施例中的垂直方向的殘留磁通密度Br2比在單層的Nd-Fe-B合金層中的垂直方向的殘留磁通密度Br2顯著的高，垂直磁各向異性提高。
(實(shí)施例2)在本實(shí)施例中，使用DC二極管磁控管濺射裝置，制作在加熱至550℃的Al2O3-TiC陶瓷基板上，分別交互層疊20nm的Ta層和200nm的Pr-Fe-B合金層的5層層疊的試樣，以及僅使Pr-Fe-B合金層形成1000nm厚的試樣。關(guān)于各試樣，層疊結(jié)構(gòu)和磁性能示于下述的表2中。


這里，試樣No.15是本發(fā)明的實(shí)施例，試樣No.14是比較例。
Ta層的形成，使用純金屬靶，以接通電力6W/cm2、Ar壓力0.5Pa、堆積速度0.8nm/s的條件進(jìn)行。Pr-Fe-B合金層的形成，使用在靶中按原子比具有Pr14Fe72B14的組成的鑄造合金，以接通電力10W/cm2、Ar壓力0.5Pa、堆積速度3nm/s的條件進(jìn)行。
試樣在濺射裝置的室內(nèi)冷卻后取出，用試樣振動型磁力計(jì)測定膜面內(nèi)方向和垂直膜面方向的磁化曲線。以該數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，假定僅Pr-Fe-B合金層同樣地被磁化，計(jì)算特性值，按照該特性值得到的殘留磁通密度和矯頑磁力示于表2。
從表2可知，實(shí)施例的矯頑磁力HcJ比只形成單層的Pr-Fe-B合金層的比較例(試樣No.14)的矯頑磁力HcJ大。另外，在實(shí)施例中，垂直于面方向的殘留磁通密度Br2比面內(nèi)方向的殘留磁通密度Br1顯著的高，顯示垂直磁各向異性。
(實(shí)施例3)在本實(shí)施例中，采用DC二極管濺射法，制作在水冷的Al2O3-TiC陶瓷基板上，分別交互層疊20nm的Ta層和200nm的Nd-Fe-B合金層的5層試樣，以及僅1000nm Nd-Fe-B合金層成膜的試樣。關(guān)于各試樣，層疊結(jié)構(gòu)和熱處理?xiàng)l件示于下述的表3。[表3]

這里，試樣No.17是本發(fā)明的實(shí)施例，試樣No.16是比較例。
Ta層的形成，使用純金屬靶，以接通電力6W/cm2、Ar壓力0.5Pa、堆積速度0.8nm/s的條件進(jìn)行。Nd-Fe-B合金層的形成，使用在靶中按原子比具有Nd14Fe71B15的組成的鑄造合金，以接通電力10W/cm2、Ar壓力0.5Pa、堆積速度3nm/s的條件進(jìn)行。
將試樣在真空中、在600℃進(jìn)行1小時(shí)熱處理。然后，使用試樣振動型磁力計(jì)，測定該試樣的膜面內(nèi)方向和垂直膜面方向的磁化曲線。以該數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，假定僅Nd-Fe-B合金層同樣地被磁化，計(jì)算特性值，按照該特性值得到的殘留磁通密度和矯頑磁力示于表4。[表4]

從表4可知，實(shí)施例的矯頑磁力HcJ比只形成單層的Nd-Fe-B合金層的比較例(試樣No.16)的矯頑磁力HcJ大許多。另外，在實(shí)施例中，垂直于面方向的殘留磁通密度Br2比面內(nèi)方向的殘留磁通密度Br1顯著的高，顯示垂直磁各向異性。
如以上所說明，本發(fā)明的永久磁鐵薄膜能夠發(fā)揮高矯頑磁力和垂直磁各向異性。
將這樣的本發(fā)明的永久磁鐵薄膜組裝到旋轉(zhuǎn)機(jī)中，以額定條件進(jìn)行動作時(shí)，獲得良好的特性。另外，當(dāng)測定轉(zhuǎn)矩時(shí)，比以往的膜上升。另一方面，將本發(fā)明的永久磁鐵薄膜用于磁記錄媒體時(shí)，得到高輸出、高S/N比。
產(chǎn)業(yè)上的應(yīng)用可能性按照本發(fā)明，可提高正方晶R2Fe14B化合物的結(jié)晶取向性，能夠得到在垂直膜面方向具有高殘留磁通密度的各向異性磁鐵。另外，按照本發(fā)明，由于使正方晶R2Fe14B化合物的金屬組織細(xì)化，可實(shí)現(xiàn)矯頑磁力的提高。
權(quán)利要求
1.一種永久磁鐵薄膜，它是具備高熔點(diǎn)金屬層和稀土合金磁性層交互層疊的4層以上的層疊結(jié)構(gòu)的永久磁鐵薄膜，所述高熔點(diǎn)金屬層由選自Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta和W中的至少一種材料形成，具有5nm以上、50nm以下的厚度，所述稀土合金磁性層的主構(gòu)成相是正方晶R2Fe14B(R是Nd和/或Pr)，具有50nm以上、500nm以下的厚度。
2.如權(quán)利要求1所述的永久磁鐵薄膜，其中，所述稀土合金磁性層具有磁各向異性。
3.如權(quán)利要求2所述的永久磁鐵薄膜，其中，垂直于所述稀土合金磁性層的面內(nèi)方向的殘留磁通密度(Br2)相對所述面內(nèi)方向的殘留磁通密度(Br1)的比(Br2/Br1)是2以上。
4.如權(quán)利要求1～3中的任一項(xiàng)所述的永久磁鐵薄膜，其中，在所述層疊結(jié)構(gòu)中包含的所述稀土合金磁性層的層數(shù)是3以上。
5.如權(quán)利要求1～4中的任一項(xiàng)所述的永久磁鐵薄膜，其中，所述高熔點(diǎn)金屬層的合計(jì)厚度(tn)相對所述層疊結(jié)構(gòu)中包含的所述稀土合金磁性層的合計(jì)厚度(tm)的比率(tn/tm)滿足0.01≤(tn/tm)≤0.3。
6.如權(quán)利要求1～5中的任一項(xiàng)所述的永久磁鐵薄膜，其中，在支持所述層疊結(jié)構(gòu)的基板和所述層疊結(jié)構(gòu)之間形成有緩沖層。
7.如權(quán)利要求6所述的永久磁鐵薄膜，其中，所述緩沖層由選自Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta和W中的至少一種材料形成。
8.如權(quán)利要求1～5中的任一項(xiàng)所述的永久磁鐵薄膜，其中，在所述層疊結(jié)構(gòu)的最上層形成有保護(hù)層。
9.如權(quán)利要求8所述的永久磁鐵薄膜，其中，所述保護(hù)層由選自Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta和W中的至少一種材料形成。
10.一種永久磁鐵薄膜的制造方法，該方法包括準(zhǔn)備由具有300℃以上熔點(diǎn)的材料形成的基板的工序；以及在所述基板上形成高熔點(diǎn)金屬層和稀土合金磁性層交互層疊的4層以上的層疊結(jié)構(gòu)的工序，所述高熔點(diǎn)金屬層由選自Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta和W中的至少一種材料形成，具有5nm以上、50nm以下的厚度，所述稀土合金磁性層的主構(gòu)成相是正方晶R2Fe14B(R是Nd和/或Pr)，具有50nm以上、500nm以下的厚度。
11.如權(quán)利要求10所述的永久磁鐵薄膜的制造方法，其中，在所述基板上形成所述層疊結(jié)構(gòu)的工序中，一邊將所述基板的溫度調(diào)整至300℃以上、800℃以下的范圍，一邊形成所述稀土合金磁性層。
12.如權(quán)利要求10所述的永久磁鐵薄膜的制造方法，其中，在所述基板上形成所述層疊結(jié)構(gòu)的工序中，一邊將所述基板的溫度調(diào)整至不到300℃，一邊形成所述稀土合金磁性層，在所述基板上形成所述層疊結(jié)構(gòu)后，將所述層疊結(jié)構(gòu)加熱至400℃以上、800℃以下的溫度。
13.如權(quán)利要求8～10中的任一項(xiàng)所述的永久磁鐵薄膜的制造方法，其中，包括在所述層疊結(jié)構(gòu)的形成中或者形成后，對所述層疊結(jié)構(gòu)外加磁場的工序。
14.一種旋轉(zhuǎn)機(jī)，該旋轉(zhuǎn)機(jī)具有權(quán)利要求1～9中的任一項(xiàng)所述的永久磁鐵薄膜。
15.一種磁記錄媒體，該磁記錄媒體具有權(quán)利要求1～9中的任一項(xiàng)所述的永久磁鐵薄膜。
全文摘要
在基板上形成高熔點(diǎn)金屬層2、4、6、8和10以及稀土合金磁性層3、5、7、9、11和12交互層疊的4層以上的層疊結(jié)構(gòu)。高熔點(diǎn)金屬層2、4、6、8、10由選自Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta和W中的至少一種材料形成,具有5nm以上、50nm以下的厚度。稀土合金磁性層3、5、7、9、11和12的主構(gòu)成相是正方晶R
文檔編號H01F10/12GK1363101SQ01800274
公開日2002年8月7日 申請日期2001年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2000年2月22日
發(fā)明者上原稔 申請人:住友特殊金屬株式會社