磁性-誘電複合特性を有する新ナノグラニュラー薄膜材料の開発

本研究は、ナノグラニュラー薄膜材料に関し、ナノグラニュールにFe,CoやFe-Co合金などの強磁性金属と、粒界相にMgF_2やCaF_2のフッ化物を用いた組成系について、スパッタ成膜装置を利用したタンデム法によって、材料組成および作製条件を変えて薄膜試料を作製し、材料の構造制御とナノ構造に起因した材料特性の制御を検討した。FeCo-MgF系膜の誘電特性を検討した結果、MgF_2単体の誘電率はそれぞれ4～5(100kHz)であるが、FeCoを同時にスパッタして金属ナノ粒子を分散させて複合化することにより誘電率は大幅に増加(200～500)することを明らかにした。この誘電率の増大は、ナノグラニュラー構造に起因すると考えられる。また、これらの膜は、0.IT以上の磁化を示し、誘電特性と磁性の両方の機能性を有する。さらに、絶縁体にフッ化物の中でもバンドギャップの大きなCaF_2を用いたFeCo-CaFナノグラニュラー膜を作製し、その電気抵抗率および磁気特性を検討した結果、Fe_<23>Co_<23>Ca_<13>F_<41>膜において、4.9×10^4μΩ・mの高い電気抵抗と同時に、0.8Tの磁化と2.25kA/mの異方性磁界を有する強磁性を示すことが明らかとなった。周波数特性においては、強磁性共鳴周波数は1GHz以上であり、高周波帯域に至る透磁率特性を示す。これらの膜は、結晶相のCaF_2マトリックスに粒径が数nmのFe-Co合金グラニュールが分散したナノグラニュラー構造を有し、バンドギャップの大きなCaF_2からなる粒界相(トンネル障壁)によって高電気抵抗を示すと考えられる。これらの成果は、日本金属学会の講演大会において報告した。

本研究は、ナノグラニュラー薄膜材料に関し、ナノグラニュールにFe,CoやFe-Co合金などの強磁性金属と、粒界相にMgF_2やCaF_2のフッ化物を用いた組成系について、スパッタ成膜装置を利用したタンデム法によって、材料組成および作製条件を変えて薄膜試料を作製し、材料の構造制御とナノ構造に起因した材料特性の制御を検討した。FeCo-MgF系膜の誘電特性を検討した結果、MgF_2単体の誘電率はそれぞれ4～5(100kHz)であるが、FeCoを同時にスパッタして金属ナノ粒子を分散させて複合化することにより誘電率は大幅に増加(200～500)することを明らかにした。この誘電率の増大は、ナノグラニュラー構造に起因すると考えられる。また、これらの膜は、0.IT以上の磁化を示し、誘電特性と磁性の両方の機能性を有する。さらに、絶縁体にフッ化物の中でもバンドギャップの大きなCaF_2を用いたFeCo-CaFナノグラニュラー膜を作製し、その電気抵抗率および磁気特性を検討した結果、Fe_<23>Co_<23>Ca_<13>F_<41>膜において、4.9×10^4μΩ・mの高い電気抵抗と同時に、0.8Tの磁化と2.25kA/mの異方性磁界を有する強磁性を示すことが明らかとなった。周波数特性においては、強磁性共鳴周波数は1GHz以上であり、高周波帯域に至る透磁率特性を示す。これらの膜は、結晶相のCaF_2マトリックスに粒径が数nmのFe-Co合金グラニュールが分散したナノグラニュラー構造を有し、バンドギャップの大きなCaF_2からなる粒界相(トンネル障壁)によって高電気抵抗を示すと考えられる。これらの成果は、日本金属学会の講演大会において報告した。