JPS60135546A - 非晶質軟磁性合金 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕。

本発明は非晶質軟磁性合金に関するものである〔従来技
術〕 磁電変換素子の小型化に際して、大きな飽和磁化（Ｍθ
）をもった軟磁性薄膜が要求される。

従来このように高Ｍｓが要求される場合にはセンダスト
系軟磁性材料が用いられてきた。しかし、センダスト系
軟磁性材料には、その軟磁気特性が合金組成に極めて敏
感であると言う欠点があるその一例として、センダスト
膜の保磁力（（ｍｅ）のシリコン含有量に対する依存性
を第１図に示す。センダスト膜はスパッタ法により作製
した。図に示したように、ＨＣはシリコン量の数パーセ
ントの変化に対して数十倍、数百倍に変化している一方
、合金の薄膜化に用いられる手法、ダｊえはメッキ法、
蒸着法、スパッタ法においては、組成のズレや不均一が
生じやすい。具体的な例としては第１図に示した膜の場
合、ターゲットの組成と作製された膜の組成の間には２
〜３パーセントの差があった。また、その組成差はスパ
ッタ中のアルゴン圧等により変動した。

」ニ記の組成変動は、メッキ法、蒸着法においても同様
に起こる。そのため、センダスト系合金の軟磁性薄膜を
得る事は非常、に困難である。

さて、センダスト系にかわる高Ｍｓ軟磁性合金として、
コバルトを基本とする非晶質合金が提案されている。

磁性合金が軟磁気特性を示すためには少なくとも、■磁
気異方性が小さい。■磁歪が小さい。の二つの条件を満
たさなければならない。非晶質は原理的に等方的である
ので磁気異方性は小さい。

また、コバルトを主体とした非晶質合金は添加元素によ
り磁歪が正負に変化するので、複数の元素を添加する事
により磁歪を極めて小さくする事ができる。そのためコ
バルトを主体とした非晶質合金は優れた軟磁性合金とな
る可能性がある。

コバルトを主体とした非晶質合金が、現実に優れた軟磁
気特性を示す事は、１ＰｌＪえば公開特許公報昭５６−
８４４５９、および、昭５８−１４７５６８により明ら
かである。しかし、実際の使用に際して非晶質合金は重
大な欠点をもっている。それは非晶質状態が本質的に熱
力学的な不安定状態である事に起因した磁気特性の経時
変化、温度変化である。

その−列としてコバルトを主体とする非晶質軟磁性合金
のＨｏの熱処理による変化を第２図に示す。熱処理はア
ルゴン雰囲気において、５００エルステツドの回転磁場
中で行なった。また図中の番号は表１に示した試料番号
である。図より明らかであるように、ＨＣはその試料の
組成により決まるある臨界温度（Ｔｃ）を越えた熱処理
で急速Ｑこ増大する。また、Ｔｃは添加元素の量が増す
と上昇する。

一方、Ｍｓの添加元素量に対する依存性を第６図に示す
。第３図の縦軸はＭｅを、横軸はジルコニウム、ニオブ
の添加量の合計を示す。Ｍｅは添加元素の増量とともに
減少している。

第４図は、第２図に示したＴｃと第３図に示したＭｓと
の関係を示す。図より明らかなように、ＴｃとＭｓとの
間には負の相関がみられ、高Ｍｓと高Ｔｃとを同時に満
たす事は困難である事がわかる。

同様の関係は前記の昭５６−８４４３９、および、［５
８−１４７５３８中の合金にもみられ、Ｔｃが４５０℃
以上の合金のＭｓは高々８キロガウスにすぎない。この
８キロガウスと言うＭｓは、従前のパーブロイ系軟磁性
合金のＭｓと同程度でしかなく、センダスト系合金に比
してがなり小さなものである。また、４５０℃と言う温
夏も軟磁性合金を用いた素子の、作製、実装、使用環境
において十分に上昇し得る温度である。

従って、従前のコバルトを基本とする非晶質軟磁性合金
は、この熱的な不安定性のためにその本来の高Ｍｓと言
う特性を十分に生かす事ができなかった。

〔目　的〕

本発明は、コバルトを主体とする非晶質合金において、
添加元素として特許請求の範囲第１項、および第２項記
載の元素を用いる事により、耐熱性が高く、かつ飽和磁
化の大きな非晶質軟磁性合金を実現するものである。

〔概　要〕

非晶質合金の安定性を決定する要因は種々考えられる。

その内の一つに基本となる元素と、添加される元素との
原子半径の差が考えられる。

第５図は、コバルトを主体とする二元系合金膜において
、非晶質相が得られる最小の添加元素量を添加元素の原
子半径（ＲＭ）と、コバルトの原子半径（Ｒｏｅ）の差
の関数として示したものである。膜はスパッタ法により
作製した。図に示したように原子半径の差が９パ一セン
ト未満の添加元素においては、非晶質相を得る事ができ
なかった。また、原子半径の差が大きい程、少量の元素
添加でもって非晶質相を得る事ができた。つまり、原子
半径の差の大きな元素量、非晶質相を安定化させると言
う事ができる。図中コバルトに対して原子半径の差の最
も大きなものは、イツトリウムと稀土類元素（Ｒ、Ｅ　
、、　）である。

さて、磁性合金が軟磁気特性を示すための必要条件とし
て前述した、■磁気異方性が小さい。

■磁歪が小さい。の二つがある。非晶質合金においては
原理的に■の条件は満たされている。また、■の磁歪に
関しては、コバルトを主体としり非晶質合金の飽和磁歪
定数（λθ）の符号の正負と原子半径差の間には相関が
あり、差が１７バ一セント以上の場合は正であり、それ
以下では負である。図中コバルトを主体とした非晶質合
金で負の磁歪を示す添加元素は、ニオブ、モリブデン、
メンタル、タングステンである。また、コバルトを主体
とした結晶質合金で負の磁歪を示すものとしして、クロ
ム、ニッケルがある。

本発明は、コバルトに対し少量の添加量で安定した非晶
質状態が得られる、イツトリウムと稀土類元素と、その
添加による正の磁歪を補ｊ償するための、クロム、ニッ
ケル、ニオブ、モリブデン。

タンタル、タングステンを添加し、あるいは更にマンガ
ンと鉄を添加する事により、耐熱性が高くかつ飽和磁化
の大きな非晶質軟磁性合金を実現するものである。

〔実施例〕

表１に本発明による非晶質軟磁合金の実施例を示す。た
だし表中試料番号１から６としてあげたものは第１図か
ら第４図に示した従来列に該当するものである。表１の
試料番号７から２４としてあげたものは本発明の一実施
例であり、特許請求の範囲に示した元素群より選択され
た他の元素の組み合わせにおいても、試料番号７から２
４において得られたのと同様な効果を得る事ができる。

表１に、それぞれの試料において得られたＭＳとＴｃの
値を示す。各々の試料は複合ターゲットを用いたスパッ
タ法により作製した。試料の作製方法としてはこの他に
蒸着法等が考えられる。

各々の添加元素の組み合わせにおいて、添加元素の総社
が５原子パ一セント未満である場合には非晶質相が得ら
れなかった。また、添加元素の総置が２０原子パーセン
トを越えるような場合においては、ＭＳの最大値は高々
７キロガウスであり、高飽和磁化のものは得られなかっ
た。

〔効　果〕

第６図、第７図に２０．２１．２２の試料のＨａの熱処
理による変化と、添加元素量によるＭＳの変化を示す。

ＭＳの変化は、第３図に示した従来例のものと同様に、
添加元素の増量とともに減少している。しかし、Ｔｃは
同じく第２図に示したものと単純に比較して最高数百度
上昇している。

また、同じ程度のＭｓをもつ試料間の比較でも１５０℃
程度上昇している。

第８図に表１に示した全ての試料についてのＭｓとＴｃ
の関係を示す。今Ｍ８とＴｏの積を、非晶質軟磁性合金
の特性の指標と考えると、本発明の実施し１」である試
料７から２４は全て、従前の例としてあげた試料１から
６の特性を上回っている。

以上述べたように本発明により、従前の場合不可能であ
った、４５０℃以上の熱処理によっても軟磁気特性を示
し、かつ８キロガウス以上の飽和磁化をもったコバルト
を主体とした非晶質軟磁性合金を実現する事ができる。

表　１　。

【図面の簡単な説明】

第１図はセンダストスパッタ膜の保磁力（Ｈｅ）のシリ
コン量に対する依存性を示す。 １２＠はコバルト−ジルコニウム−ニオブの三元系非晶
質合金の保磁力（Ｈａ）の、熱処理温度に対する依存性
を示す。 第３図はコバルト−ジルコニウム−ニオブの三元系非晶
質合金゛の飽和磁化（Ｍｓ　）の、ジルコニウム、ニオ
ブの含有量の総量に対する依存性を示す。 第４図は、第２図、第３図Ｑこ示した試料の、飽和磁化
（Ｍｓ　）と、軟磁気特性を劣化させない最高の熱処理
温度（Ｔｃ）との相関を示す。 第５図は、フバル）Ｏこ対する添加元素の原子半径差と
、非晶質相が得られる最小添加量、および磁歪定数（λ
Ｓ）の符号との関係を示す。 第６図は本発明によるコバルト−イツトリウム−タンタ
ルの三元系非晶質合金の保磁力（Ｈａ）の熱処理温度に
対する依存性を示す。 第７図は第６図に示した試料の飽和磁化（Ｍｓ）のイツ
トリウム、タンクルの含有量の総量に対する依存性を示
す。 第８図は、コバルトを主体とする非晶質合金の飽和磁化
（Ｍｓ）と、軟磁気特性が劣化しない最高の熱処理温度
との相関を示す。図中の番号は、表１に示した試料番号
であり、１から６は従来列に該当するものである。また
、７から２４は本発明の実施例に該当するものである。 以　上 ψ　ｄブ ３：　）Ｌ Ｖ′　占 Σ　反 区 ｌ−１％１ 工　０ −、Ｊ Σ　ｙ ω　０ 工　０

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）コバルトを主体とし、下記の（＋Ｊ　ｓ　（＋ｌの
   元素群よりそれぞれ少なくとも一種以上選択された元素
   を、（＋１　、　（１１１群の総量で５から２０原子パ
   ーセント含む事を特徴とする非晶質軟磁性合金。 （１）　Ｙ　、　Ｌ　ａ　、　Ｏｅ　、　Ｐ　ｒ　、、
   　Ｎ　ｄ、　Ｐ　ｍ　。 Ｓｍ、］！！ｕ、Ｇｄ、Ｔ’ｂ、Ｄｙ、ｎｏ。 １１１ｉｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ （Ｉｆ）　Ｏｒ　、　Ｎ　ｉ　、　Ｎ　ｂ　、　Ｍ　ｏ
   　、　Ｔ　ａ　、　Ｗ２）コバルトを主体とし、下記の
   （１）　、　（Ｉｉ）　、　（ＩＩＩ）の元素群よりそ
   れぞれ少なくとも一種以上選択された元素を、（１）　
   ｅ　（ｎ）　、　Ｏｉ）群の総量で５から２０原子パー
   セント含む事を特徴とする非晶質軟磁性合金。 （１）　Ｙ　、Ｌ　ａ　、Ｏｅ　、Ｐ　ｒ　、　Ｎ　ｂ
   　、　Ｐ　ｍ　。 Ｓｍ、Ｆｉｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄ’ｙ、Ｈ。 Ｆｉｒ、Ｔ　ｍ、Ｙｂ、Ｌｕ （ＩＩ）　Ｏｒ　、　Ｎ　ｉ　、Ｎ　ｂ　、　Ｍ　ｏ　
   、Ｔ　ａ　、　Ｗ（Ｉｌｌ）−Ｍ　ｎ　、　ＴＰｅ