基板表面磁界による軟磁性窒化鉄薄膜の配向性制御

本研究では、主として成膜時に基板表面に平行に印加される磁界が、鉄および窒化鉄薄膜の結晶構造に及ぼす影響を調査することによって、基板表面磁界という全く新しいパラメーターにより窒化鉄薄膜の膜室を制御する方法を検討した。先ず外部磁界型マグネトロンスパッタ法において基板下部に設置された板の枚数によって、基板表面磁界を変化できることを示した。基板表面磁界中で鉄スパッタ薄膜を堆積し、基板表面磁界が、その結晶構造に及ぼす影響について実験的に調べた。その結果、X線回折測定から、基板表面磁界の増加により、鉄薄膜の配向が{110}から{100}へと変化することが確認された。この原因として、装置内の不純物ガスについて着目し、スパッタ法による膜堆積時に、基板表面磁界と不純物ガスが、薄膜の配向に及ぼす影響について調べた。その結果、基板表面磁界と酸素により、鉄薄膜の配向を{110}と{100}に制御できることを発見した。また、この場合、酸素の浸入による薄膜の酸化は起こらないことがX線光電子分光法により確認された。次に反応性スパッタ法による窒化鉄薄膜堆積時に、基板表面磁界を印加して、薄膜のN原子含有量と結晶構造の制御を試みた。初めに、雰囲気ガス圧の窒素分圧比を制御することにより、N-マルテンサイト・g'-Fe4Nが形成できることを確認した。次に、N-マルテンサイト・g'-Fe4Nが形成される窒素分圧比において、基板表面磁界を印加して薄膜を堆積し、その結晶構造を調査した。その結果、基板表面磁界の増加によって薄膜の窒化が抑制されていき、さらに基板表面磁界を増加させて成膜を行うと、窒素分圧比の制御だけでは、得られなかったa"-Fe16N2が、形成できた。また、これらの薄膜の磁気特性を振動試料型磁力計を用いて測定し、基板表面磁界によって、磁気特性を向上できることを示した。

本研究では、主として成膜時に基板表面に平行に印加される磁界が、鉄および窒化鉄薄膜の結晶構造に及ぼす影響を調査することによって、基板表面磁界という全く新しいパラメーターにより窒化鉄薄膜の膜室を制御する方法を検討した。先ず外部磁界型マグネトロンスパッタ法において基板下部に設置された板の枚数によって、基板表面磁界を変化できることを示した。基板表面磁界中で鉄スパッタ薄膜を堆積し、基板表面磁界が、その結晶構造に及ぼす影響について実験的に調べた。その結果、X線回折測定から、基板表面磁界の増加により、鉄薄膜の配向が{110}から{100}へと変化することが確認された。この原因として、装置内の不純物ガスについて着目し、スパッタ法による膜堆積時に、基板表面磁界と不純物ガスが、薄膜の配向に及ぼす影響について調べた。その結果、基板表面磁界と酸素により、鉄薄膜の配向を{110}と{100}に制御できることを発見した。また、この場合、酸素の浸入による薄膜の酸化は起こらないことがX線光電子分光法により確認された。次に反応性スパッタ法による窒化鉄薄膜堆積時に、基板表面磁界を印加して、薄膜のN原子含有量と結晶構造の制御を試みた。初めに、雰囲気ガス圧の窒素分圧比を制御することにより、N-マルテンサイト・g'-Fe4Nが形成できることを確認した。次に、N-マルテンサイト・g'-Fe4Nが形成される窒素分圧比において、基板表面磁界を印加して薄膜を堆積し、その結晶構造を調査した。その結果、基板表面磁界の増加によって薄膜の窒化が抑制されていき、さらに基板表面磁界を増加させて成膜を行うと、窒素分圧比の制御だけでは、得られなかったa"-Fe16N2が、形成できた。また、これらの薄膜の磁気特性を振動試料型磁力計を用いて測定し、基板表面磁界によって、磁気特性を向上できることを示した。