高性能薄膜ネオジム磁石のマイクロデバイスへの応用

高性能薄膜钕磁体在微型器件中的应用

基本信息

批准号：
14J00925
负责人：
藤原良元
金额：
$ 1.79万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2014
资助国家：
日本
起止时间：
2014-04-25 至 2017-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14J00925/
关键词：
MEMS ネオジム磁石微細着磁永久磁石磁石膜

项目摘要

本研究では，高性能な薄形ネオジム磁石のマイクロデバイス応用を目的とする．このため，H27年度までに，厚み数μmのスパッタで形成する磁石，厚み数十μmのPLD法で形成する磁石，および厚み数百μmの焼結法で形成する磁石に対し，幅数百μmの微細着磁を実現した．H28年度は，１）焼結磁石に対する簡易な微細着磁法，２）ウェハレベルのスパッタ磁石に対する微細加工と耐熱性調査を実施した．１）H27年度に実現した微細着磁は，ダイシングにより溝加工した薄形磁石をレーザ加熱することで，非加熱部への面内方向熱伝導を抑制し，加熱部のみを昇温させたが，この溝加工が量産化・低コスト化の妨げになる点が課題として残っていた．これに対し，溝加工不要で局所加熱も不要な微細着磁法を検討した．本手法では，微細着磁したい薄形ネオジム磁石を上下から幅数百μmのサマコバ磁石で挟み込みそのまま全体を加熱する．昇温で保磁力が下がるネオジム磁石を，耐熱性の高いサマコバ磁石からの磁場で着磁する．簡易化した本手法により，発生磁場は目標の６割程度と不十分なものの，幅500μmでN極S極が繰り返す微細着磁を実現した．２）MEMS技術の大きな利点の一つとして，大ウェハ上に同時大量生産できる点が挙げられる．本研究ではウェハサイズ数-十mmのものを簡易的に利用してきたが，具体的なMEMS応用に向け，4インチウェハ全面に微細な小形磁石を集積化するプロセスを検討した．磁石にはスパッタで形成する厚み20μmのネオジム系のものを利用し，微細加工の最小幅は20μmとした．DRIEで溝加工したSi基板上に磁石を堆積し，その後凸上の不要部を研磨により除去することで，概ね目標とする形状に磁石を加工することができた．また本磁石の耐熱温度を，各温度の磁化曲線測定により調査し，大きな反磁場下においても，350Kまでは不可逆減磁しないことを確認した．

这项研究的目的是将高性能薄型钕磁铁应用于微型设备。因此，与通过溅射形成的厚度为数μm的磁体、通过PLD法形成的磁体的厚度为数十μm、以及磁体相比，到2017年度，将生产宽度为数百μm的磁体。采用烧结法形成，厚度为数百微米，实现了良好的磁化。 2017年度，我们进行了1）烧结磁体的简单微磁化方法，以及2）晶圆级溅射磁体的微加工和耐热性研究。 1) 2017年度实现的微细磁化是通过激光加热切割后切出沟槽的薄磁体，抑制向非加热部分的面内热传导，仅提高加热部分的温度，从而实现的，但仍存在问题。沟槽加工阻碍了批量生产和降低成本。为此，我们研究了一种不需要凹槽加工或局部加热的精细磁化方法。在该方法中，将待精细磁化的薄型钕磁体从上方和下方夹在宽度为数百微米的Samakoba磁体之间，并且将整个磁体直接加热。钕磁铁的矫顽力会随着温度的升高而降低，利用具有高耐热性的萨马科巴磁铁的磁场进行磁化。通过这种简化的方法，虽然产生的磁场不足以达到目标的约60%，但我们实现了宽度为500μm的重复北极和南极的精细磁化。 2）MEMS技术的一大优势是可以在大晶圆上同时批量生产。在这项研究中，我们简单地使用了尺寸为几十毫米的晶圆，但针对特定的MEMS应用，我们研究了一种在4英寸晶圆的整个表面上集成微小磁体的工艺。磁体使用通过溅射形成的厚度为20μm的钕磁体，并且微细加工的最小宽度为20μm。通过将磁体沉积在使用 DRIE 开槽的 Si 基板上，然后通过抛光去除凸部上不需要的部分，我们能够将磁体加工成大致所需的形状。我们还通过测量每个温度下的磁化曲线来研究该磁体的耐热温度，并确认即使在大的退磁场下，高达350K也不会发生不可逆退磁。