粒状物、磁性薄膜以及磁性元件制造技术

一种粒状物，其含有由非磁性绝缘有机材料构成的基体以及分散于所述基体中的平均粒径为５０ｎｍ或以下的强磁性金属粒子，其特征在于：所述基体的体积比为５～５０％。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及使强磁性金属微粒分散于非磁性绝缘有机物中的粒状物，特别涉及粒状薄膜。
技术介绍
伴随着磁性元件的小型化和高性能化，要求具有高饱和磁化、且在GHz高频带具有高导磁率的磁性薄膜材料。例如，以无线电收发信装置和便携式信息终端为中心，需求正高涨的单片微波集成电路(MMIC)是这样的高频集成电路，该高频集成电路的构成是将晶体管等有源元件和线路、电阻、电容器、电感器等无源元件成批且一体化地制作在Si、GaAs、InP等半导体基板上。在这样的MMIC上，无源元件特别是电感器和电容器与有源元件相比，占有较大的面积。无源元件这样大面积占有的结果是，导致价格昂贵的半导体基板的大量消费，即带来MMIC成本的升高。因此，为缩小芯片面积，降低MMIC的制造成本，缩小无源元件所占的面积就成为研究的课题。作为MMIC的电感元件，大多使用平面型螺旋线圈。在螺旋线圈的上下面、或者是单面上插入软磁性薄膜从而增加电感的方法(换句话说，即使以小的占有面积也可以获得以前的电感的方法)已经被提了出来(例如，J.Appl.Phys.85，7919(1999))。但是，为了将磁性材料应用到MMIC的电感元件上，首先，要求开发在GHz高频带的导磁率高，而且损耗少的薄膜磁性材料。进一步说，还要求具有高的电阻率。以前，作为具有高饱和磁化的磁性材料，人们熟知的是Fe或以Fe为主要成分的微晶或非晶质合金。但是，当采用溅射等成膜技术制造Fe系合金的磁性薄膜时，虽然该膜的饱和磁化高，但顽磁力大、且电阻率减少，难以获得良好的高频特性。作为软磁特性优良的材料，为人所知的是Co系非晶质合金。该Co系非晶质合金以非晶质为主体，其中该非晶质以Co为主要成分，含有从Y、Ti、Zr、Hf、Nb、Ta等元素中选择的至少1种元素。但是，当用溅射等成膜技术制造具有零磁致伸缩组成的Co系非晶质合金的磁性薄膜时，虽然该膜的导磁率大，但饱和磁化约为11kG(1.1T)，比Fe系小。再者，在达到及超过100MHz左右的频率之后，损耗成分(导磁率的虚数部μ”)就会增大，性能指数Q值就会为1或以下，这作为在GHz高频带使用的磁性材料不能说是合适的。基于这样的实际情况，为了改善软磁性薄膜的高频特性，已经提出了各种方案。作为其改进的基本方针，可以列举的是使涡流损耗受到抑制、或者使共振频率得到提高。作为使涡流损耗受到抑制的具体的方略，已经提出了利用粒状薄膜的方案(例如，J.Appl.Phys.79，5130(1996))。说到粒状结构的薄膜，其具有在由非磁性物质构成的介质中分散微细的强磁性粒子的结构，已经开发出非磁性金属—强磁性金属系以及非磁性绝缘体—强磁性金属系。非磁性金属—强磁性金属系可以作为利用磁阻效应的磁头材料(例如日本专利第2701743号公报)加以应用。另一方面，在非磁性绝缘体—强磁性金属系的情况下，根据非磁性绝缘体的含量的不同，可以作为磁头材料(例如日本专利第3075332号公报)、高频用电感器材料(例如，J.Ceram.Soc.Japan，110(5)，432(2002))或者高频用电波吸收材料(特开2001-210518号公报、特开2002-158486号公报)加以应用。另外，在从前的磁记录介质领域中，虽然开发了由有机材料与强磁体构成的复合薄膜(例如，特开昭61-178731号公报、特开平3-77575号公报)，但为了使磁记录介质方面的应用达到最优化，顽磁力大到数百Oe，这在要求高导磁率的产品中是不能得到应用的。最近，作为磁记录介质，已经报道了CoPt或FePt合金与氟碳聚合物的复合薄膜(例如，日本应用磁气学会志，Vol.26，No.4，2002第280页～283页；日本应用磁气学会志，Vol.27，No.4，2003第336页～339页)。但是，顽磁力高到3000Oe或以上，难于作为高频用磁性材料加以应用。另外，在制造过程中，由于伴随着在300～600℃的高温下进行的热处理，因此也存在基板的材质受到限制等问题。从前，非磁性绝缘体—强磁性金属系粒状薄膜是通过如下方法而制得的，即采用溅射等方法同时沉积陶瓷的非磁性绝缘体(氧化物、氮化物以及氟化物)与强磁性金属。但是，对于从前的粒状薄膜，因为成膜中强磁性金属微粒的表面与绝缘体反应而使磁特性退化，所以不能得到要求的磁特性。另外，这样的薄膜由于作为构成材料的无机材料是硬质的，缺乏柔软性，因此难以在柔软的磁性元件方面获得应用。
技术实现思路
本专利技术就是在这样的实际状况下提出来的，其目的在于提供一种粒状物和磁性薄膜，它们可以用作在GHz频带的高频带有高的导磁率、且有高的饱和磁化的高频用磁性薄膜。本专利技术的另一个目的是，提供使用这样的磁性薄膜的磁性元件。基于上述目的，本专利技术提供一种粒状物，其含有由非磁性绝缘有机材料构成的基体(matrix)以及分散于基体中的平均粒径为50nm或以下的强磁性金属粒子，其特征在于基体的体积比为5～50％。在本专利技术的粒状物中，强磁性金属粒子优选由以选自Fe、Co以及Ni之中的至少1种元素为主体的合金构成。特别地，由以Fe和Co为主体的金属构成强磁性金属粒子，由此能够得到高的饱和磁化。此时，以Fe和Co为主体的上述金属中的Co的浓度优选为10～50原子％。在本专利技术的粒状物中，强磁性金属粒子相互之间仅以交换耦合起作用的间隔距离而存在。另外，在本专利技术的粒状物中，基体优选由有机聚合物构成。粒状物中的基体的体积比优选为5～40％。本专利技术的粒状物具有典型的膜状的形态。而且在此时，能够具有的特性是1GHz的复数导磁率的实数部(μ′)为40或以上，且性能指数Q(Q＝μ′/μ″，μ″复数导磁率的虚数部)为1或以上，以及饱和磁化为5kG(0.5T)或以上。根据本专利技术的粒状物，也可以将1GHz的复数导磁率的实数部(μ′)设定为50或以上，且将性能指数Q(Q＝μ′/μ″，μ″复数导磁率的虚数部)设定为5或以上，以及将饱和磁化设定为6kG或以上。另外，本专利技术的粒状物能够具有电阻率为100μΩcm或以上的特性。另外，根据本专利技术，可以提供一种磁性薄膜，其具有面内磁各向异性，且膜厚为100～2000nm，其特征在于该磁性薄膜由强磁性金属粒子和有机聚合物的混合物构成，其中强磁性金属粒子以选自Fe、Co以及Ni之中的至少1种元素为主体，平均粒径为50nm或以下；而且在该混合物中，强磁性金属粒子相互之间仅以交换耦合起作用的间隔距离而存在。在本专利技术的磁性薄膜中，优选由以Fe和Co为主体的金属构成强磁性金属粒子。另外，强磁性金属粒子的平均粒径优选为5～15nm。作为构成本专利技术的磁性薄膜的有机聚合物，聚酰亚胺或者四氟乙烯(商品名特氟隆)是合适的。进而根据本专利技术，可以提供一种具有高频用磁性薄膜的磁性元件，其特征在于该高频用磁性薄膜由粒状物构成，其中该粒状物含有由非磁性绝缘有机材料构成的基体(matrix)以及分散于基体中的平均粒径为50nm或以下的强磁性金属粒子，且基体的体积比为5～50％。在本专利技术的磁性元件中，强磁性金属粒子的平均粒径优选为5～30nm。另外，在本专利技术的磁性元件中，强磁性金属粒子由以Fe和Co为主体的金属构成对于获得高饱和磁化是有效的。在本专利技术的磁性元件中，构成高频用磁性薄膜的基体能够由有机聚合物构成。作为有机聚合物，通过采本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种粒状物，其含有由非磁性绝缘有机材料构成的基体以及分散于所述基体中的平均粒径为50nm或以下的强磁性金属粒子，其特征在于所述基体的体积比为5～50％。2.根据权利要求1所述的粒状物，其特征在于所述强磁性金属粒子由以选自Fe、Co以及Ni之中的至少1种元素为主体的金属构成。3.根据权利要求1所述的粒状物，其特征在于所述强磁性金属粒子由以Fe和Co为主体的金属构成。4.根据权利要求3所述的粒状物，其特征在于以Fe和Co为主体的所述金属中Co的浓度为10～50原子％。5.根据权利要求1所述的粒状物，其特征在于所述强磁性金属粒子相互之间仅以交换耦合起作用的间隔距离而存在。6.根据权利要求1所述的粒状物，其特征在于所述基体由有机聚合物构成。7.根据权利要求1所述的粒状物，其特征在于所述基体的体积比为5～40％。8.根据权利要求1所述的粒状物，其特征在于所述粒状物具有膜状的形态，所具有的特性是1GHz的复数导磁率的实数部μ′为40或以上，且性能指数Q为1或以上，以及饱和磁化为5kG或以上，其中，Q＝μ′/μ″，μ″为复数导磁率的虚数部。9.根据权利要求8所述的粒状物，其特征在于在1GHz的复数导磁率的实数部μ′为50或以上。10.根据权利要求8或9所述的粒状物，其特征在于性能指数Q为5或以上，其中，Q＝μ′/μ″，μ″为复数导磁率的虚数部。11.根据权利要求8或9所述的粒状物，其特征在于具有饱和磁化为6kG或以上的特性。12.根据权利要求1所述的粒状物，其特征在于具有电阻率为100μΩcm或以上的特性。13.一种磁性薄膜，其具有面内磁各向异性，且膜厚...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔京九，村濑琢，平塚信之，柿崎浩一，
申请(专利权)人：TDK株式会社，
类型：发明
国别省市：