窒化鉄薄膜の巨大な磁気モ-メントに対する放電ガスイオンのおよぼす影響に関する研究

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巨大な磁気モ-メントを有する窒化鉄薄膜の形成に関して,特に薄膜形成時の残留ガスの影響に注目して研究を行った。実験に用いた排気系は油拡散ポンプと油回転ポンプの組合せである。真空槽内の残留ガスは主に水,炭化水素,そして微小な洩れによる窒素と酸素であった。これらの残留ガスの量および比率は,電離真空計での指示圧力は同一でも,統一的な関連性は明確ではなかった。また,作製した薄膜の乾和磁化に関して,やはりばらつきが認められ,これらの残留ガスと薄膜の乾和磁化の値には密接な関連があることが判明した。この炭化水素は油拡散ポンプに起因し,そして真空槽壁への付着・脱離という過程ではなく,直接ポンプから逆流していることが判明した。すなわち,長時間のベ-キングを施しても炭化水素に対しては効果もないことが明らかになった。一方,高乾和磁化に関しては,スパッタガスを純アルゴンガスから窒素ガス分圧を順次増加してゆくと,形成される相はαーFeのみもしくはα'ーFe+Nとの混相で純鉄(バルク)の乾和磁化と同程度もしくは大きな値となる。そして薄膜の格子定数が大きくなると乾和磁化も高いという相関関係が得られた。本研究では,質量分析計を差動排気構成として,スパッタ中の雰囲気ガスならびに残留ガスイオンの計測も行った。その結果,以下のことがらが明らかとなった。放電が始まった瞬間,炭素ならびに水素に関連したスペクトルは増加し,酸素は減少する。炭素や水素は5分程度で初期状態になるが,酸素のみ放電終了時まで減少していることが明らかとなった。このことは,X線回折では検出できないが,薄膜中に混入した酸素が鉄と反応し,酸化物を形成されていることを示唆している。今後は炭磯物を発生せず,しかも水に対する排気効率の高いタ-ボポンプによる排気に加えて,酸素トラップ法を考案し,高乾和磁化を有するα"ーFe_<16>N_2相の形成に関する研究を展開する。