金属-酸化物同時電析法によるグラニュラ薄膜の形成とマイクロ磁気デバイスへの応用

金属-酸化物系ナノグラニュラ薄膜は,酸化物マトリックス中にナノサイズの金属微粒子が分散した構造を示し,GHz帯で応用可能な高抵抗・軟磁性薄膜やトンネル磁気抵抗膜として注目されている.我々は,金属(Co)と酸化物(CeO_2)を還元反応によって同時に析出させることができる金属-酸化物同時電析法と呼ぶ方法によりナノグラニュラ膜の作製に取り組んできた.従来の研究では,硝酸セリウムを用いて硝酸-亜硝酸還元反応により酸化セリウムを析出させていたが,膜の密着性や平滑性に問題があった.そこで,酸化物の析出に塩化セリウムを用いて溶存酸素の還元反応により酸化セリウムを析出させることとした.そこでまず,酸化物の析出機構を調べるために電気化学水晶振動子マイクロバランス法(EQCM)装置を用いて,溶存酸素の有無が酸化抑め析出に及ぼす影響や析出電位を調べた.その結果,塩化セリウムを用いると,溶存酸素により酸化セリウムが析出可能であることが確認できた.また,電位が卑になりすぎると水の分解によっても酸化物が析出し,この時に発生する大量のOH^-がコバルトとも結合して一部が水酸化コバルトとなってしまう可能性が示された.また,コバルトが水酸化物となることを防止するには'グリシンの添加が有効であることもEQCMより確認できた.続いて,EQCMの測定で得られた知見をもとに,塩化セリウム,硫酸コバルト,グリシンを含む溶液から定電位電析によりCo-Ce-Oグラニュラ膜の作製を行った.その結果,溶液濃度によりCoの含有量を0〜100%まで制御可能であることが分かった.得られた膜の密着性や平滑性は大幅に向上し,AFMの観測結果から表面粗さは10nm程度であった.さらに,低Co含有量の膜は,高抵抗を示し,大きな磁気抵抗の変化が観測され,トンネル磁気抵抗膜となっていると考えられた.

金属-酸化物系ナノグラニュラ薄膜は,酸化物マトリックス中にナノサイズの金属微粒子が分散した構造を示し,GHz帯で応用可能な高抵抗・軟磁性薄膜やトンネル磁気抵抗膜として注目されている.我々は,金属(Co)と酸化物(CeO_2)を還元反応によって同時に析出させることができる金属-酸化物同時電析法と呼ぶ方法によりナノグラニュラ膜の作製に取り組んできた.従来の研究では,硝酸セリウムを用いて硝酸-亜硝酸還元反応により酸化セリウムを析出させていたが,膜の密着性や平滑性に問題があった.そこで,酸化物の析出に塩化セリウムを用いて溶存酸素の還元反応により酸化セリウムを析出させることとした.そこでまず,酸化物の析出機構を調べるために電気化学水晶振動子マイクロバランス法(EQCM)装置を用いて,溶存酸素の有無が酸化抑め析出に及ぼす影響や析出電位を調べた.その結果,塩化セリウムを用いると,溶存酸素により酸化セリウムが析出可能であることが確認できた.また,電位が卑になりすぎると水の分解によっても酸化物が析出し,この時に発生する大量のOH^-がコバルトとも結合して一部が水酸化コバルトとなってしまう可能性が示された.また,コバルトが水酸化物となることを防止するには'グリシンの添加が有効であることもEQCMより確認できた.続いて,EQCMの測定で得られた知見をもとに,塩化セリウム,硫酸コバルト,グリシンを含む溶液から定電位電析によりCo-Ce-Oグラニュラ膜の作製を行った.その結果,溶液濃度によりCoの含有量を0〜100%まで制御可能であることが分かった.得られた膜の密着性や平滑性は大幅に向上し,AFMの観測結果から表面粗さは10nm程度であった.さらに,低Co含有量の膜は,高抵抗を示し,大きな磁気抵抗の変化が観測され,トンネル磁気抵抗膜となっていると考えられた.