DE1259172B

DE1259172B - Process for adjusting the magnetic and / or electrical properties in the production of thin layers by vacuum vapor deposition

Info

Publication number: DE1259172B
Application number: DE1964T0025916
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Otto Stemme
Original assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Current assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Priority date: 1964-03-26
Filing date: 1964-03-26
Publication date: 1968-01-18

Description

Verfahren zum Einstellen der magnetischen und/oder elektrischen Eigenschaften bei der Herstellung dünner Schichten durch Vakuumaufdampfen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Einstellen der magnetischen und/oder elektrischen Eigenschaften dünner Schichten. während ihrer Abscheidung auf ein Trägermaterial unter solchen Bedingungen, daß das abgeschiedene Schichtmaterial eine größere Gitterkonstante aufweist als im massiven Zustand.Method for adjusting the magnetic and / or electrical properties in the production of thin layers by vacuum deposition. The invention relates refers to a method for adjusting the magnetic and / or electrical properties thin layers. during their deposition on a carrier material among such Conditions that the deposited layer material has a larger lattice constant than in the solid state.

Dünne Schichten werden gegenwärtig in der Technik vielseitig verwendet. Besonders hervorgehoben sei die Benutzung magnetischer dünner Schichten zur Informationsspeicherung und dünner Leiterschichten sowie dielektrischer Schichten in der Mikromodultechnik.Thin films are currently used in many ways in the art. The use of magnetic thin layers for information storage should be particularly emphasized and thin conductor layers as well as dielectric layers in micromodule technology.

Magnetische dünne Schichten zur Informationsspeicherung werden dabei mit einer Vorzugsachse (z. B. durch Abscheiden im Magnetfeld) hergestellt, in der der Magnetisierungsvektor bei Abwesenheit eines äußeren Magnetfeldes in zwei zueinander antiparallelen Lagen liegen kann. Diesen zwei Lagen werden die Dualziffern L bzw. 0 zugeordnet. über die Schicht werden Schreib- und Leseleitungen hinweggeführt. Das Einschreiben geschieht dabei, indem die Magnetisierung durch das Magnetfeld der Schreibleitungen in die den Dualziffern L bzw. 0 zugeordnete Lage. in der Vorzugsachse gebracht wird. Zum Lesen wird die Magnetisierung mit Hilfe der Schreibleitungen aus der stabilen Lage herausgelenkt; das dadurch in der Leseleitung induzierte Signal bzw. seine Polarität zeigt die gespeicherte Dualziffer L oder 0 an.Magnetic thin layers for information storage are used produced with a preferred axis (e.g. by deposition in a magnetic field) in which the magnetization vector in the absence of an external magnetic field in two to each other antiparallel positions can lie. The binary digits L resp. 0 assigned. Write and read lines are routed across the layer. The writing is done by the magnetization by the magnetic field of the write lines in the position assigned to the binary digits L or 0. in the easy axis is brought. The magnetization is used for reading with the help of the write lines steered out of the stable position; the signal thus induced in the read line or its polarity shows the stored binary digit L or 0.

An die Speicherschicht werden ganz bestimmte Anforderungen hinsichtlich ihrer magnetischen Eigenschaften gestellt. Da die Anwendung als Speicherelement durch das Auftreten von Bereichswänden erschwert wird, ist die Bereichsstruktur und allgemein der Magnetisierungsverlauf in der Schicht von besonderem Interesse.There are very specific requirements with regard to the storage layer their magnetic properties. As the application as a storage element is made more difficult by the appearance of area walls, is the area structure and in general the course of magnetization in the layer of particular interest.

Insbesondere diese Eigenschaften hängen von der Sättigungsmagnetisierung der Schichten ab. Daneben ist natürlich die beim Lesen .erzielte Signalspannung von der Sättigungsmagnetisierung abhängig.In particular, these properties depend on the saturation magnetization of the layers. In addition, of course, is the signal voltage achieved during reading depends on the saturation magnetization.

Es ist wünschenswert, die Sättigungsmagnetisierung beeinflussen zu können. In bekannter Weise geschieht das durch Verwendung unterschiedlicher Materialien. Bei Legierungen kann die Zusammensetzung geändert werden. Dabei ist man bisher auf die bekannten ferromagnetischen Stoffe und ihre Legierungen sowie auf ferromagnetische Legierungen aus nicht ferromagnetischen Komponenten angewiesen. Diese Stoffe haben zusätzlich teilweise den Nachteil, eine hohe Leitfähigkeit zu besitzen, die hohe Wirbelstromverluste mit sich bringt. Es ist bekannt, die Abscheidung der Stoffe elektrolytisch vorzunehmen.It is desirable to influence the saturation magnetization too can. This is done in a known manner by using different materials. In the case of alloys, the composition can be changed. So far one is on the known ferromagnetic substances and their alloys as well as ferromagnetic ones Alloys made from non-ferromagnetic components. These substances have in addition, in part, the disadvantage of having a high conductivity, the high one Brings eddy current losses. It is known the deposition of substances to be carried out electrolytically.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, um die Abscheidung von Schichten, die den genannten Bedingungen genügen, durch Vakuumaufdampfen vorzunehmen.The invention is based on the object of specifying a method about the deposition of layers that meet the specified conditions by vacuum evaporation to undertake.

Die Erfindung besteht darin, daß die Abscheidung der Schichten durch Vakuumaufdampfen mit einer Aufdampfgeschwindigkeit von etwa 1 bis 3 AE/sec bei einem Restgasdruck von etwa 5 -10-5 Torr vorgenommen wird.The invention consists in the deposition of the layers by Vacuum evaporation at a rate of about 1 to 3 AU / sec for a Residual gas pressure of about 5 -10-5 Torr is made.

Bei dünnen Schichten kann erfindungsgemäß ein unterschiedlich aufgeweitetes Gitter erzielt werden, indem diese Schichten z. B. in einer Vakuumappa= ratur sehr langsam unter dem Einfluß des Restgases und/oder eines Fremdgases im Rezipienten aufgedampft werden.In the case of thin layers, according to the invention, a differently widened layer can be used Grids can be obtained by placing these layers e.g. B. in a vacuum apparatus = temperature very much slowly under the influence of the residual gas and / or a foreign gas in the recipient be vaporized.

Das in F i g. 1 schematisch in seiner Kristallstruktur gezeichnete Massivmaterial 1 mit einem Gitterabstand Dl weist als auf einem Träger 3 abgeschiedene dünne Schicht 2 in F i g. 2 also einem gegenüber dem Gitterabstand D1 größeren Gitterabstand D2 auf.The in Fig. 1 schematically drawn in its crystal structure Solid material 1 with a grid spacing Dl has as deposited on a carrier 3 thin layer 2 in FIG. 2 therefore a grid spacing which is greater than the grid spacing D1 D2 on.

Die Aufweitung des Gitters wächst dabei mit dem Restgasdruck im Rezipienten und sinkt mit steigender Abscheidegeschwindigkeit. Durch Restgasdruck und Abscheidegeschwindigkeit können somit die magnetischen und/oder elektrischen Eigenschaften der Schicht variiert werden.The widening of the grid increases with the residual gas pressure in the recipient and decreases with increasing deposition rate. Through residual gas pressure and separation speed the magnetic and / or electrical properties of the layer can thus be varied will.

So können durch Gitteraufweitung beispielsweise Permalloyschichten (80% Ni, 20% Fe) mit gegenüber dem Massivmaterial verminderter Sättigungsmagnetisierung hergestellt werden, indem die 360A dicken Schichten bei einem Restgasdruck von etwa 5.10-5 Torr in 5 Minuten abgeschieden werden. Wegen der Gitteraufweitung stellt die Angabe der Abscheidegeschwindigkeit in A/sec unter Umständen kein exaktes Maß für die Abscheidegeschwindigkeit dar. Deshalb soll zusätzlich angegeben werden, daß sekundlich pro Quadratzentimeter etwa 5 - 10-i$ g Eisen und Nickel abgeschieden werden. Bei ähnlichen Abscheidegeschwindigkeiten kann demgegenüber das als Massivmaterial paramagnetische Mangan in Form einer dünnen Schicht durch Gitteraufweitung ferromagnetisch hergestellt werden. Dabei wächst die Sättigungsmagnetisierung, vom paramagnetischen »natürlichen« Zustand ausgehend, zunächst mit steigendem Restgasdruck und sinkender Abscheidegeschwindigkeit an, um dann nach überschreiten eines Maximums wieder abzunehmen. Für die Herstellung derartiger ferromagnetischer Schichten aus paramagnetischem Material eignet sich z. B. auch Chrom.For example, permalloy layers can be created by widening the grid (80% Ni, 20% Fe) with reduced saturation magnetization compared to the solid material can be made by applying the 360A thick layers at a residual gas pressure of about 5.10-5 Torr can be deposited in 5 minutes. Because of the lattice expansion the specification of the deposition speed in A / sec may not be an exact one Measure for the deposition rate. Therefore, it should also be specified that every second about 5-10 g of iron and nickel are deposited per square centimeter will. With similar deposition speeds, on the other hand, it can be used as a solid material paramagnetic manganese in the form of a thin layer ferromagnetic due to lattice expansion getting produced. The saturation magnetization increases from the paramagnetic Starting from a »natural« state, initially with increasing residual gas pressure and decreasing Deposition speed to then decrease again after exceeding a maximum. For the production of such ferromagnetic layers from paramagnetic Material is suitable e.g. B. also chrome.

Von besonderem Vorteil ist es dabei, daß Manganschichten einen hohen spezifischen Widerstand aufweisen. Hinzu kommt, daß infolge Gitteraufweitung die Leitfähigkeit der Schichten stark erniedrig werden kann. Niedrige Leitfähigkeit ist z. B. für geringe Wirbelstromverluste bei magnetischen Speicherelementen sehr erwünscht.It is of particular advantage that the manganese layers have a high have specific resistance. In addition, as a result of the lattice expansion The conductivity of the layers can be greatly reduced. Low conductivity is z. B. for low eddy current losses in magnetic storage elements very he wishes.

In der Mikromodultechnik ist man für die Realisierung von Widerständen in Schichtausführung ebenfalls an einem hohen spezifischen Widerstand des Schichtmaterials interessiert. Dieser kann in der beschriebenen Weise - auch bei nichtmagnetischen Stoffen - durch Gitteraufweitung erreicht werden. Unterschreitet man wesentlich die angegebene Abscheidegeschwindigkeit bzw. steigert den angegebenen Restgasdruck, so nimmt die Leitfähigkeit stark ab, bis die Schichten praktisch als dielektrische Schichten angesehen werden können. Eine derartige Schicht von etwa 1500 A erscheint dementsprechend dann völlig durchsichtig; sie kann z. B. aus Eisen oder einer Eisen-Nickel-Legierung hergestellt werden. Damit bietet sich die Möglichkeit, dielektrische bzw. halbleitende Schichten aus im massiven Zustand leitendem Material herzustellen. Derartige Schichten sind für die Mikromodultechnik z. B. zur Herstellung von Kapazitäten in Schichtausführung von großem Interesse.In micromodule technology, one is in favor of realizing resistors in layered design also on a high specific resistance of the layer material Interested. This can be done in the manner described - even with non-magnetic ones Fabrics - can be achieved by widening the grid. If you fall significantly below the specified separation speed or increases the specified residual gas pressure, so the conductivity decreases sharply until the layers are practically called dielectric Layers can be viewed. Such a layer of about 1500 Å appears accordingly then completely transparent; she can z. B. made of iron or an iron-nickel alloy getting produced. This offers the possibility of dielectric or semiconducting Producing layers of material that is conductive in the solid state. Such layers are for micromodule technology z. B. for the production of capacities in shifts of great interest.

Ein erfindungsgemäß aufgeweitetes Gitter kann z. B. nicht durch Zug hergestellt werden, da hierzu ein Zug von mehreren 103 kp/mm2 erforderlich ist. Diese Spannung übersteigt jedoch jede bekannte Zerreißfestigkeit.A lattice expanded according to the invention can, for. B. not by train as this requires a tensile force of several 103 kp / mm2. However, this stress exceeds any known tensile strength.

Claims

Patent claims: 1. Method for adjusting the magnetic and / or electrical properties of thin layers during their deposition on a carrier material under such conditions that the deposited layer material has a larger lattice constant has than in the solid state, characterized in that the deposition of the Layers by vacuum deposition at a deposition rate of about 1 to 3 AU / sec is made at a residual gas pressure of about 5 - 10-5 Torr.

2. Procedure according to claim 1, characterized in that the layers are deposited in the presence is made by foreign gases.

3. Application of the method according to claim 1 or 2 for changing the saturation magnetization of magnetic layers.

4. Application of the method according to claim 1 or 2 for the production of ferromagnetic layers made of a material that is paramagnetic in the solid state, such as manganese or chromium.

5. Application of the method according to claim 1 or 2 for the production of paramagnetic Layers of a material that is ferromagnetic in the solid state, such as iron or an iron-nickel alloy.

6. Application of the method according to claim 1 or 2 to change the electrical conductivity of conductive layers.

7. Application of the method according to spoke 1 or 2 for the production of dielectric layers made of a conductive or semiconductive material in the solid state. B.

use of the method according to claims 3 to 5 for producing a storage layer element.

9. Application of the method according to claim 6 or 7 for producing a passive Layer element for micromodule technology. In. Considered publications: U.S. Patent Nos. 2,900,282, 3117,896; "Journal for Applied Physics", 1961, p.466; H. Fischer, "Electrolytic Deposition and Metal Crystallization", 1954, p. 570.