Abstract
The microstructure and magnetic properties of Fe-Nb-B-N thin film alloys, which produced by rf magnetron sputtering method in $Ar+N_2$ mixed gas atmosphere, were investigated. The $Fe_{70}Nb_{14}B_{11}N_5$ films, annealed at 59$0^{\circ}C$, exhibit soft magnetic properties: $4{\pi}M_s=16.5kG$ , $H_c=0.13Oe$ and ${\mu}_{eff}$ (1~10 MHz)=5, 000. The frequency stability of the Fe-Nb-B-N films has also been found to be good up to 10 MHz. The Fe-Nb-B-N thin film alloys annealed at 59$0^{\circ}C$ consist of three phase; fine crystalline $\alpha$-Fe phase with grain size of about 5~10 nm, Nb-B rich amorphous phase and Nb-nitride precipitates with the size of less than 3 nm. Annealed Fe-Nb-B films have two phases; $\alpha$-Fe grains with the size of about 10 nm and Nb-B rich amorphous phase. The addition of N decreased $\alpha$-Fe grain size due to the precipitation of NbN. The good magnetic properties of the Fe-Nb-B-N film alloys are due to fine $\alpha$-Fe grains resulting from the precipitation of NbN.
Ar+N$_{2}$ 가스분위기에서 반응성 스퍼터링법으로 제조된 Fe-Nb-B-N 박막의 미세구조 및 자기적 특성을 조사하였다. 질소첨가한 적정조성의 Fe-Nb-B-N 박막은 우수한 고주파 연자기 특성을 보였는데, 그 특성은 다음과 같다. 포화자화(4 .pi. M$_{s}$ )는 16.5 kG, 보자력(H$_{c}$)은 0.13 Oe, 1 MHz에서의 실효투자율은 약 5,000의 값을 나타내었다. 특히 실효투자율은 10 MHz까지 겨의 변화가 없었으며, 100 MHz에서도 약 2,000의 값을 보여 매우 우수한 고주파 특성을 가진 재료로 판단된다. 한편, 이러한 우수한 특성을 지닌 Fe-Nb-B-N 박막의 미세구조를 TEM으로 관찰한 결과, 적정 열처리온도인 590 .deg. C에서 열처리한 Fe-Nb-B-N 박막은 약 5 ~ 10 nm의 .alpha. -Fe phase, Nb-nitride의 석출물과 Nb-B rich 비정질상 등으로 이루어져 있음을 알 수 있었다. 반면에 N이 첨가되지 않은 Fe-Nb-B 박막의 경우에는 약 10 nm정도의 .alpha. -Fe결정립과 Nb-B rich 비정질상의 두가지 상으로 이루어져 있다. 따라서 N을 첨가한 경우에 더욱 미세한 .alpha. -Fe 결정립을 얻을 수 있음이 확인되었다. 이는 N 첨가로 인한 결정립의 미세화 효과 와 Nb-nitride 형성으로 인한 결정립 성장의 억제효과에 의한 것으로 생각된다. 따라서 Fe-Nb-B-N 박막의 우수한 연자기 특성은 결정립 미세화에 기인하는 것으로 판단된다.
