(Sm-Tb)Fe_2薄膜の窒素組成変調による磁場高感度巨大磁歪材料の開発

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これまでに窒化によって巨大磁歪薄膜材料を得るという報告は行われておらず、また膜面垂直方向に組成変調させた膜を用いて構造の制御を行い、磁歪を積極的に制御するという報告は行われていない。本研究は成膜中に窒素を導入させる反応性スパッタリング法を用いて、SmFe_2合金およびTbFe_2合金薄膜のナノ結晶化を図り、結晶磁気異方性を減少させ高感度な巨大磁歪薄膜を作製を行った。また成膜中において精密な窒素分圧の制御により膜面垂直方向に窒素の組成比を変化させる組成変調窒化膜について、その磁歪特極について調べることを目的とした。試料はRFスパッタ装置を用いた反応性スパッタリングにより作成した。ターゲットはTb-Fe、Sm-Fe合金ターゲットを用い、Bの添加にはBチップを配して行った。作製雰囲気はArおよびAr+N_2混合ガスを用い、組成の調整を行った。基板はガラス基板を用いた。総膜厚は1μm程度とし、Bの添加量及び窒素の流量比を変化させた場合についての挙動を調べた。X線回折の結果から、as-depo.の試料ではSm-Fe、Tb-Fe試料はアモルファス構造を示し、保磁力、飽和磁場ともに大きな値を示した。詳細に合金組成の探索を行った結果、約20at.%Sm、約42at.%Tbにおいて磁気特性の改善がみられたため、そこでこれらの組成領域においてB及び窒素を添加した結果、これまでの我々の研究ではBが2〜3at.%付近において軟磁気特性が改善されていたのだが、今回はBによる顕著な変化はみられなかった。窒化した場合には窒素流量比が1%以下においては保磁力、飽和磁場共に急激に減少し、軟磁気特性が改善された。しかしながら、磁歪量の磁場による変化は改善されたが、わずかな窒素流量により飽和磁化および磁歪の値が減少するために、今後は窒素の混合比をさらに一桁下げた場合について磁気特性、磁歪特性を詳細に調べる必要がある。