DE1814472B2 - Verfahren zur Herstellung dünner, eine uniaxiale Anisotropie aufweisender Magnetschichten und Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur magnetischen Vorzugsachse gegenüber der Richtung Herstellung dünner, eine uniaxiale Anisotropie auf- des angelegten Feldes zeigen über einen großen Schichtweisender Magnetschichten durch Niederschlag des bereich, ζ. B etwa 6400 cm², im wesentlichen einheit-Magnetschichtmateriäls auf die Oberfläche eines liehe Werte. Außerdem ist die Formierungseigenschaft Schichtträgers sowie auf eine Einrichtung zur Ausfüh- 5 des elektrischen Feldes für die magnetische Anisotropie rung dieses Verfahrens. nicht von der Curie-Temperatur des Schichtmaterials

Dünne Magnetschichten mit uniaxialer Anisotropie abhängig, da das elektrische Feld über die temperaturder Magnetisierung werden als Speichermedium in unabhängige Ladungsveretilung auf die Schicht einwirkt. Informationsspeichern verwendet. Derartige Schichten Eine weitere Aufgabe vorliegender Erfindung be-

werden durch Vakuumaufdampfung niedergeschlagen. io steht darin, eine vorteilhafte Einrichtung zur Aus-Andere Verfahren zur Erzeugung eines Magnetschicht- führung des erfindungsgemäßen Verfahrens anzugeben, niederschlages sind die Kathodenzerstäubung oder die Eine derartige Einrichtung besteht gemäß der Erfindung elektrodische Abscheidung. Es ist bei Anwendung die- darin, daß im Bereich der Beschichtungsoberfläche ser Verfahren bekannt, eine uniaxiale Anisotropie in eines in einer Vakuumkammer befindlichen Schichtder niedergeschlagenen Schicht dadurch herzustellen, 15 trägers wenigstens ein Leitungspaar angeordnet ist, daß während des Niederschlägsvorganges ein Magnet- dessen Leitungen parallel zueinander verlaufen und feld parallel zu der zu beschichtenden Oberfläche eines während der Beschichtungsoperation an eine Hoch-Schichtträgers angelegt wird. Dies ist beispielsweise Spannungsquelle angeschlossen sind, aus dem Artikel »Preparation of Thin Magnetic Films Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung

and their Properties« von M. S. B 1 ο i s, Jr., Journal 20 sind aus den Unteransprüchen ersichtlich. Nachfolgend öf Applied Physics, Vol. 26, Nr. 8, August 1955, S. 975 ist ein Ausführungsbeispiel und ein Anwendungsbeibis 980, ersichtlich. Eine auf diese Weise erzeugte uni- spiel der Erfindung an Hand von Zeichnungen dargeaxiale Anisotropie in der Magnetschicht hat zur Folge, stellt. Es zeigt

daß sich die Magnetisierungsvektoren entlang einer F i g. 1 eine schematische Darstellung einer Untermagnetischen Vorzugsachse oder leichten Achse ein- 25 lage für die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zustellen bestrebt sind. Andererseits ist die Magneti- herzustellenden Magnetfilme sowie auf der Unterlage sierung in einer quer zur leichten Achse verlaufenden angeordnete Leiterbahnen und eine Schaltung, durch Achse erschwert (schwere Achse). die ein an die Oberfläche der Unterlage angrenzendes

Mit diesem bekannten Verfahren ist es schwierig, elektrisches Feld angelegt wird, um eine uniaxiale eine einheitliche uniaxiale Anisotropie über einen 30 Anisotropie in einem auf der Oberfläche der Unterlage relativ großen Magnetschichtbereich zu erzielen. Bei gewachsenen magnetischen Film zu erzeugen, Verwendung der Schichten in Informationsspeichern Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Ver-

ist jedoch eine hochgradige Homogenität der uni- dampfungsanlage, durch die magnetisches Material auf axialen Anisotropie über die gesamte Fläche einer der Unterlage von Fig. 1 niedergeschlagen wird, Speicherebene erforderlich, um einen sicheren Speicher- 35 Fig. 3 A, 3 B und 3 C Kurvenbilder, die die physibetrieb zu gewährleisten. Außerdem ist man bestrebt, kaiischen Parameter eines erfindungsgemäß hergedie Speicherkapazität zu vergrößern, wozu größere stellten Magnetfilmes zeigen,

Speicherebenen und demzufolge auch größere Magnet- F i g. 4 eine Kurve, welche den im niedergeschlage-

schichtbereiche mit einer ausreichenden Homogenität nen Film fließenden Strom in Abhängigkeit von der der uniaxialen Anisotropie notwendig sind. 4° Filmdicke angibt,

Ein weiterer Nachteil des bekannten Verfahrens zur Fig. 5 eine Kurve, welche die maximale Schräg-

Erzeugung einer uniaxialen Anisotropie in einer Magnet- stellung der magnetischen Vorzugsachse der niedergeschicht besteht darin, daß dieses Verfahren nicht an- schlagenen Schicht in Abhängigkeit von den Temperawendbar ist, wenn das niederzuschlagende Material bei türen der Unterlage für ein angelegtes elektrisches der Niederschlagstemperatur nichtmagnetisch ist. Bei- 45 Anfangsfeld von 1500 Volt/cm angibt, spielsweise ist das für Speicherschichten verwendbare Fig. 6 eine Kurve, welche die maximale Schräg-

Europiumoxyd oberhalb von 20° C nichtmagnetisch, stellung der magnetischen Vorzugsachse in Abhängigwährend seine Verdampfungstemperatur wesentlich keit von der Größe des angelegten elektrischen Feldes höher liegt. Anisotrope Europiumoxydschichten konn- in Volt/cm angibt für einen Film, der eine maximale ten daher durch Vakuumaufdampfung bisher nicht 50 Dicke von 1000 Ä aufweist und auf eine Unterlagenhergestellt werden. oberfläche niedergeschlagen wurde, die auf einer Tem-

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Ver- peratur von 350° C gehalten wurde, und fahren zur Erzeugung dünner, uniaxialer Magnet- F i g. 7 einen Datenspeicher, in dem die erfindungs-

schichten anzugeben, durch das eine gut ausgeprägte gemäßen Magnetfilme als Speicherelemente verwend- und über einen relativ großen Schichtbereich weit- 55 bar sind.

gehend einheitlich ausgerichteter Anisotropie erzielt Der in F i g. 1 gezeigte Grundträger 10 besteht z. B.

werden kann und das von der Curie-Temperatur des aus Quarz und Glas. Auf seiner Oberfläche 12 sind niederzuschlagenden Materials unabhängig ist. eine Reihe von parallelen Leitungen 14 aus Kupfer

Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, durch Aufdampfen oder Elektroplattierung aufgedaß während des Niederschiagens ein elektrisches Feld 60 bracht. Die parallelen Leitungen 14 sind abwechselnd parallel zur Oberfläche des Schichtträgers angelegt elektrisch miteinander verbunden, und ein elektrisches wird, welches stark genug ist, eine uniaxiale magne- Potential ist zwischen die beiden Leitungsgruppen tische Anisotropie in der niedergeschlagenen Schicht angelegt. Das Potential wird von einer Hochspannungszu erzeugen. quelle 16 geliefert, die auf der einen Seite über einen

Magnetschichten, die nach diesem Verfahren herge- 65 festen Widerstand 24 mit Masse 22 und auf der andestellt werden, weisen außergewöhnlich gute magne- ren Seite über einen Regelwiderstand 18 und einen tische Eigenschaften auf. Der Dispersionswinkel α für Schalter 20 mit diesen Leitungen 14 verbunden ist. die Anisotropie und der Schrägstellungswinkel β der Wenn der Schalter 20 geschlossen ist, wird auf der

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Oberfläche 12 des Grundträgers 10 ein elektrisches b) »Focused-Beam Electron Bombardment Eväpo-

FeId aufgebaut. Ein Anschluß der Hochspannungs- rator« von D. H. Blackburn et al. in THE

quelle 16 ist über den festen Widerstand 24 mit Erde REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS,

verbunden, und der F-Eingang eines nicht dargestell- Vol. 36, Nr. 7, Juli 1965, S. 901 bis 903.

ten Z-7-AufZeichnungsgerätes ist an den Anschluß,25 5 c) VACUUM DEPOSITION OF THIN FILMS

angeschlossen. Die durch Anlegen des Potentials von L. Holland, Verlag Hohn Wiley and

zwischen zwei benachbarten Paaren der Leitungen 14 Sons, Inc., 1960
auftretenden elektrischen Feldlinien sind durch die

Pfeile28 dargestellt. Der Grundträger 10 mit den auf Die Fig. 3A, 3B und 3C zeigen der Erläuterung seiner Oberfläche 12 ausgebildeten Leitungen 14 wird io der Erfindung dienende Kurven mit den bekannten in das in Fig. 2 gezeigte Auf dampf gerät 30 gesetzt, Parametern eines Magnetfilmes. In Fig. 3 A ist bewelches aus der Quelle 32 die Bestandteile des auf der züglich des auf der waagerechten Achse aufgetragenen Oberfläche 12 niederzuschlagenden magnetischen FiI- Feldes H eine annähernd rechteckige Hysteresisschleife mes entnimmt. gezeigt. Auf der senkrechten Achse ist die Magneti-Das Aufdampfgerät 30 ist schematisch in F i g. 2 15 sierung M aufgetragen, die die positiven und negativen dargestellt. Der Grundträger 10 wird in einer in der Koerzitivkräfte H₀, -H₀ aufweist. Die Größe der Zeichnung nicht näher angegebenen Weise in einer Koerzitivkraft ist in der Praxis ein wichtiges Kriterium Dampfglocke 31 oberhalb der Quelle 32 angeordnet, für die Auswahl ferromagnetisch^ Materials. Sie ist um das von dieser Quelle abgegebene Material aufzu- ein Maß für die Stärke des zum Ändern des Mägnetinehmen. Der niedergeschlagene Magnetfilm 11 er- 20 sierungszustandes erforderlichen magnetischen Feldes, streckt sich darstellungsgemäß nur über einen Teil der z. B. zur Änderung des remanenten Zustandes -M_r in Oberfläche 12, da die nicht dargestellte Halterung für den remanenten Zustand M_r. In der Fig. 3B, die die den Grundträger 10 den Niederschlag auf einem Teil Hysteresisschleife für die schwer zu magnetisierende der Oberfläche verhindert. Über dem Grundträger 10 Achse, im folgenden schwere Achse genannt, eines ist eine Widerstandsheizung 13 angeordnet, die dessen 25 Magnetfilmes zeigt, sind die positiven und negativen Oberfläche 12 auf eine vorgegebene Temperatur er- Anisotropiefelder Hk und -Hk. In der F i g. 3 C ist wärmt. Die Quelle 32 besteht aus einer Elektronen- derauf dem Träger 10 niedergeschlagene Magnetfilm 11 schleuder 34 und einer Fangelektrode 36 auf einem dargestellt. Die leicht zu magnetisierende Achse, im Sockel 37. folgenden leichte Achse genannt, verläuft in Richtung Die gestrichelten Linien zwischen der Elektronen- 30 eines während des Aufbringprozesses angelegten elekschleuder 34 und der Fangelektrode 36 stellen die Elek- irischen Feldes, und die schwere Achse verläuft rechttronenbahnen dar, die durch ein angelegtes, nicht winklig zur leichten Achse. Die auch in F i g. 2 dargedargestelltes Magnetfeld gebogen werden. Die Bestand- stellte Quelle 32 für das magnetische Material gibt teile, aus denen der magnetische Film, z. B. Nickel und teilweise ionisiertes Nickel und Eisen an den Grund-Eisen, hergestellt werden soll, befinden sich in der 35 träger 10 zur Bildung des Magnetfilmes 11 ab. Ein in Fangelektrode 36 in einem solchen vorbestimmten Ver- üblicher Weise benutzter Parameter zur Angabe der hältnis, daß der niedergeschlagene Film 11 diese beiden Beschaffenheit von Magnetfilmen ist der Dispersions-Elemente in einem Verhältnis von 81:19 enthält. winkel α, der anzeigt, daß 90% der lokalen ferro-Andere herkömmliche Gesichtspunkte der Anordnung magnetischen Anisotropie mindestens im Bereich dieses eines Auf dampf gerätes sind ein durch einen Knopf 39 40 Winkels ausgerichtet sind. Der Schiefstellungswinkel β regelbarer Verschluß 38, ein Oszillator 40, ein Kri- ist der Winkel zwischen der Richtung des angelegten stall 41 und ein Ionenkollektor 42. Das z. B. aus Quarz elektrischen Feldes E und der leichten Achse der bestehende Kristall 41 läßt den Oszillator 40 in Fre- induzierten Anisotropie.

quenzen arbeiten, deren Abstufung von der Dicke des Die F i g. 4 bis 6 zeigen an einer praktischen Ausauf der Kristalloberfläche niedergeschlagenen magne- 45 führung der Erfindung gewonnene Versuchsdaten und tischen Filmes abhängt. Daher erhält man durch die die erwünschten Bereiche der Parameter zur Steuerung Überwachung der Frequenz des Oszillators 40 zu der entsprechend der Erfindung in einem Magnetfilm jedem beliebigen Zeitpunkt ein Maß für die Dicke des zu iduzierenden Anisotropie. Der in dem auf dem auf der Oberfläche 12 des Grundträgers 10 niederge- Grundträger 10 niedergeschlagenen Film fließende schlagenen Magnetfilmes 11. Der Ionenkollektor 42 50 Strom ist auf der Ordinate in willkürlichem Maßstab ist über ein Mikroamperemeter 43 und eine Batterie 44 aufgetragen und die Dicke des Filmes in Ä auf der mit Erde 22 verbunden. Der durch das Mikroampere- Abszisse. Aus der Kurve in Fi g. 4 ist zu ersehen, daß meter 43 über die Ionensammlung am Ionenkollek- der Film für eine Dicke bis zu ungefähr 8 Ä im wesenttor 42 überwachte Strom ist ein Maß für den Grad der liehen nichtleitend ist. Erst danach beginnt er zu leiten. Ionisierung des magnetischen Niederschlagsmaterials, 55 Wenn der Film bis auf etwa 10 Ä Dicke angewachsen das von der Fangelektrode 36 auf die Oberfläche 12 ist, wird er schließlich voll leitend bis zur Leitfähigkeit des Grundträgers transportiert wird. In dem von der eines Filmes des magnetischen Materials mit dieser Dampf glocke 31 und der Grundplatte 33 abgegrenzten Dicke. Die in F i g. 4 gezeigte Kurve belegt diese HypoRaum wird durch ein nicht dargestelltes herkömmliches these, daß sich beim Waschen des Filmes anfangs Inseln Unterdruckgerät über die Rohrleitung 35 ein Unter- 60 magnetischen Materials bilden, so daß ein diskontidruck erzeugt. Genauere Einzelheiten über Auf dampf- nuierlicher Film auf dem Grundträger entsteht. Im geräte und Dünnfilmtechnologie sind der nachfolgend weiteren Verlaufe der Aufbringung, wenn die Filmaufgeführten Literatur zu entnehmen: dicke zunimmt auf Werte zwischen 8 und 10 Ä, fließen

diese Inseln schnell zusammen, und es entsteht ein a) »Thin Film Components and Circuits« von 65 kontinuierlicher Film.

N. Schwartz et al. in PHYSICS OF THIN Die Schrägstellung β der leichten Achse in einem

FILMS — Advances in Research and- Develop- erfindungsgemäß hergestellten Film gibt die Winkel-

ment, Vol. 2,1964, Academic Press, S. 363 bis 425. orientierung der leichten Achse relativ zur Richtung

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des angelegten elektrischen Feldes an. Es wurde ge- Schalter 54 und am anderen Ende mit einem zweiten f unden, daß eine Beziehung zwischen der maximalen Schalter 56 verbunden. Der erste Schalter 54 verbindet Abweichung in Winkelgraden und der Temperatur der ein Ende der Bitleitung 50 entweder mit einem Bit-Oberfläche 12 des Grundträgers 10 für ein gegebenes treiber oder einem Generator 58 oder mit Erde, wähelektrisches Feld in der Ebene des Magnetfilmes 11 5 rend der zweite Schalter 56 das andere Ende der Bitbesteht. Die diese Annahme bestätigenden Versuchs- leitung 50 entweder mit Erde oder mit einer Last 60 daten sind in F i g. 5 angegeben. Die Kurve der F i g. 5 verbindet, die aus einem herkömmlichen Leseverzeigt, daß die Abweichung stark von der Temperatur stärker bestehen kann. Die Wortleitung 52 ist an einem zwischen etwa 150 bis 250⁰C abhängig ist. Oberhalb Ende mit einem Worttreiber oder Generator 62 und 250⁰C steigt die Abweichung im wesentlichen konstant io am anderen Ende mit dem Wellenwiderstand 64 der mit der Temperatur. Deswegen wird die Oberfläche 12 Wortleitung 52 verbunden. Die beiden Schalter 54 und des Grundträgers 10, auf welche ein Magnetfilm 11 56 sind so miteinander gekoppelt, daß das eine Ende aufgebaut wird, vorzugsweise auf einer Temperatur der Bitleitung 50 über den ersten Schalter 54 mit dem von mindestens 250⁰C für einen Nickel-Eisen-Film mit Bittreiber 58 verbunden ist, wenn das andere Ende der einem Mischungsverhältnis von 81:19 gehalten. Da 15 Bitbitung 50 durch den zweiten Schalter 56 mit Erde die Oberflächentemperatur des Grundträgers der verbunden ist, und daß dieses Ende über den Schalwichtigste Parameter ist, wie aus der Kurve in F i g. 4 ter 56 mit der Last 60 verbunden ist, wenn das erste ersichtlich ist, kann auch die Oberfläche durch eine Ende der Bitleitung 50 über den ersten Schalter 54 Strahlungsenergiequelle auf einer entsprechenden Tem- mit Erde verbunden ist. Durch diese beiden Schalter peratur gehalten werden, ohne daß der ganze Grund- 20 kann die Bitleitung 50 als Bit- und als Abfrageleitung träger diese Temperatur einnimmt. dienen. Wenn die Schalter 54 und 56 nicht verwendet Ein weiteres Kriterium für die Abweichung der werden, muß eine dritte, der Bitleitung 50 ähnliche leichten Achse von der Richtung des angelegten elek- Leitung als Abfrageleitung vorgesehen werden. Bei trischen Feldes ist aus der in F i g. 6 gezeigten Kurve Bedarf kann ein Ende der Bitleitung 50 anstatt der ersichtlich. In dieser Figur ist die maximale Schräg- 25 direkten Verbindung mit Erde ebenfalls über den stellung/? in Graden in Abhängigkeit vom angelegten Wellenwiderstand dieser Leitung an Erde gelegtwerden, elektrischen Feld aufgezeichnet, und zwar für einen wenn der Schalter 54 die linke Stellung einnimmt. Magnetfilm, der auf einem Grundträger bei einer Tem- Wenn der Grundträger 12 aus einer geerdeten Leiterperatur von ungefähr 350⁰C erzeugt wurde. Die in der platte besteht, dient diese als gemeinsame Rückleitung Kurve in F i g. 6 aufgezeichneten Werte für β wurden 30 für alle Bit- und Wortleitungen des Spsichers.
bei verschiedenen Magnetfilmen 11 mit einer Dicke von Die Arbeitsweise eines derartigen Speichers ist be-1000 Ä gemessen. Die Kurve läßt erkennen, daß die kannt; es soll deshalb an diese Stelle nur kurz hierauf Schrägstellung im wesentlichen konstant ist und für eingegangen werden. Beim Einschreiben von Daten in ein elektrisches Feld oberhalb 200 Volt/cm in der den Speicher wird ein Impuls an die Wortleitung 52 Ebene des wachsenden Filmes sehr niedrig liegt und 35 angelegt, der eine Auslenkung der Magnetisierung im daß die Schrägstellung scharf ansteigt bei einer relativ Magnetfilm 11 aus der leichten Achse in die Richtung kleinen Änderung des angelegten elektrischen Feldes. der schweren Achse bewirkt. Gleichzeitig hierzu wird Somit läßt sich die Größe der Schrägstellung durch die ein Impuls vom Bittreiber 58 zur Bitleitung 50 geliefert, Stärke des angelegten elektrischen Feldes steuern. Für dessen Polarität von der einzuschreibenden Binäreinen magnetischen Nickel-Eisen-Film mit der Zu- 40 information abhängt. Dar Wortimpuls wird kurze sammensetzung 81:19 und gleichförmig induzierter Zeit vor Beendigung des Bitimpulses abgeschaltet, so Anisotropie sollte das angelegte elektrische Feld min- daß die Magnetisierung im Film 11 eine Richtung destens 200 Volt/cm stark sein. einnimmt, die von der Richtung des vom Bitstrom In F i g. 7 ist ein Ausführungsbeispiel eines Daten- erzeugten Magnetfeldes bestimmt wird. Zur Entnahme Speichers gezeigt, der der Einfachheit halber nur ein 45 der gespeicherten Daten wird lediglich ein Wortimpuls einziges Speicherelement 11 aufweist. Dieses Speicher- vom Worttreiber 62 an die Wortleitung 52 geliefert, element ist nach dem beschriebenen Verfahren auf Bei der dadurch bewirkten Magnetisierungsauslenkung einer Grundplatte 12 aufgebracht, die z. B. eine elek- in Richtung der schweren Achse wird ein Leseimpuls irisch leitende Platte mit einer Isolierschicht an der in die Leitung 50 induziert, die zu dieser Zeit auf Lese-Oberfläche ist. Die inhorizontaler Richtungverlauf ende 50 funktion umgeschaltet ist, d.h., über den Schalter54 leichte Achse des Filmes 11 ist durch den zweispitzigen mit Erde und über den Schalter 56 mit der Last 60 Pfeil angezeigt. Eine Bitleitung 50 ist auf dem Magnet- verbunden ist. Die Polarität des Leseimpulses hängt film 11 auf der Unterlage oder Grundplatte 12 recht- von der gespeicherten Information ab. Dsr Leseimpuls winklig zur leichten Achse des Filmes 11 angeordnet, wird in der Last 69 in bekannter Weise ausgewertet, und eine Wortleitung 52 ist ebenfalls oberhalb des 55

Filmes 11 auf der Grundplatte 12 angeordnet. Die Theorie der Erfindung

Wortleitung 52 verläuft parallel zur leichten Achse. Für die der Erfindung zugrunde liegende Theorie

Der kreisförmig dargestellte Magnetfilm 11 kann bei sind folgende Veröffentlichungen von Interesse:

Bedarf auch andere Formen annehmen. Die Breite der a) »Possible Influence of Electric Charge Effects on

vorzugsweise streifenförmigen Leitungen 50 und 52 60 the Initial Growth Processes Occurring During

muß mindestens so groß sein wie der Durchmesser des the Vapor Daposition of Metal Films onto Subs-

Magnetfilmes 11, und die überlappenden Teile der trates Inside the Electron Microscope« von D. B.

beiden Leitungen sind direkt über dem Magnetfilm 11 Dove, JOURNAL OF APPLIED PHYSICS,

angeordnet. Eine nicht dargestellte Isolierschicht aus 35, S. 2785 und 2786 (1964).

z. B. Siliziummonoxyd liegt zwischen den beiden Lei- 65 b) »Growth of Thin Metal Films Under Applied

tungen 50 und 52, und weitere Isolierschichten können Electric Field« von K. L. Chopra, APP-

auf jeder Seite des Magnetfilmes 11 vorgesehen werden. LIED PHYSICS LETTERS, 7, S. 140 bis 142

Die Bitleitung 52 ist an einem Ende mit einem ersten (1965).

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Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf der liehen gleichförmiges elektrisches Feld 28 in der Ebene Beobachtung, daß ein während der Aufbringung eines des auf der Oberfläche 12 des Trägers 10 befindlichen Magnetfilmes parallel zur Oberfläche des Schichtträ- Magnetfilmes 11 (Fig. 3C) aufgebaut. Die in Fi g. 2 gers angelegtes elektrisches Feld eine einaxiale Aniso- gezeigte Quelle 36 enthielt Nickel und Eisen in einem tropie in diesem Magnetfilm induzieren kann. Für die 5 für den Magnetfilm 11 geeigneten Mischungsver-Praxis der Erfindung bedeutet dies, daß teilweise ge- hältnis von 81:19 zum Aufdampfen auf die überladene Teilchen des Magnetmaterials aus dem Dampf- fläche 12 des Grundträgers 10, die auf einer Tempezustand auf eine Unterlage niedergeschlagen werden, ratur über 200⁰C gehalten wurde. Die Elektronenan die ein elektrisches Feld angelegt ist. Durch Steue- schleuder 34 wurde sowohl zum Erwärmen des magnerung der Größen des elektrischen Feldes, der Oberflä- io tischen Materials bis zum Verdampfungszustand als chentemperatur der Unterlage und des Grades der auch zur teilweisen Ionisierung der Teilchen verwendet. Ionisierung der Einzelteile des magnetischen Materials Die Verdampfungsrate, gemessen in der Zuwachsrate während des Niederschlags auf der Unterlage lassen des Filmes, betrug ungefähr 5 Ä/Sek., und es wurde ein sich Größe und Richtung der einaxialen Anisotropie Abstand von etwa 30 cm zwischen Quelle 32 und Grunddes Filmes steuern. 15 träger 10 vorgesehen. Die Überwachung der Ver-

Im Anfangsstadium des Aufwachsens des Filmes dampfungsrate und der Dicke des Filmes 11 wurde durch Dampfniederschlag werden Atome auf einer mit Hilfe des Kristalls 41 und des Oszillators 40 vör-Unterlage kondensiert und bilden einzelne Kerne. Ver- genommen. Ein Ionenkollektor 42 mit einer 4 cm² schiedene Faktoren bestimmen Größe und Verteilung großen Kollektorplatte wurde beim Niederschlag des dieser Kerne, wie z. B. Schmelzpunkt des Verdamp- 20 Magnetfilmes 11 dazu benutzt, den Ionenstrom abzufungsmittels, Unterlagentemperatur, Größe des Unter- nehmen, der zwischen 5 und 15 mA verändert wurde, druckes und Art der Unterlagenoberfläche. Einige Während des Aufdampfens wurde ein Unterdruck Kerne wachsen durch Zusammenfließen mit anderen zwischen 1 · 10-⁶ und 5 · 10~⁶ Torr über die Rohr-Kernen und bilden inselförmige Strukturen. Diese leitung 35 aufrechterhalten. Bei einer Filmdicke von resultierenden inselähnlichen Strukturen fließen wieder- 25 1000 Ä wurde das angelegte elektrische Feld während um mit anderen zusammen und bilden schließlich des Niederschlags zwischen 50 und 1500 Volt/cm vereinen kontinuierlichen Film auf der Unterlage. ändert. Die magnetischen Eigenschaften des resul-

In den angegebenen Literaturstellen wird berichtet, tierenden Filmes wurden bestimmt durch einen mit daß bei Anlegen eines elektrischen Feldes an die Film- einer Frequenz von 60 Hz/Sek. betriebenen magnetoebene während des Niederschlages des Filmes ein 30 optischen Hysteresisschreiber.

Zusammenfließen der inselähnlichen Strukturen früher Die Filmdicke erreicht beim Wachsen einen kritierfolgt als bei einem vergleichbaren Film, der ohne ein sehen Punkt, bei dem die elektrische Leitfähigkeit solches elektrisches Feld erzeugt wird. Außer diesem auftritt. Dieser Punkt läßt sich bestimmen, indem man früheren Zusammenfließen der inselähnlichen Struk- den durch den Prüfwiderstand 24 (F i g. 1) fließenden türen bei Anlegen eines elektrischen Feldes wurde bei 35 Strom mit einem nicht dargestellten und an den Anfrüheren Versuchen beobachtet, daß die Orientierung schluß 25 angeschlossenen X- Y-Aufzeichnungsgerät der resultierenden Kristallstruktur etwas verstärkt wird. überwacht. Beim durchgeführten Versuch lag die Es ist weiterhin bekannt, daß die resultierende Kern- kritische Dicke bei ungefähr 10 Ä für ein angelegtes rate auf der Unterlage erhöht wird, wenn die verdampf- elektrisches Feld von 1000 Volt/cm. Im Gegensatz ten Teilchen teilweise geladen sind. Außerdem war bis- 40 dazu war ein Film mit vergleichbaren magnetischen her bekannt, daß eine reine EMK zwischen geladenen Eigenschaften, der mit einem angelegten magnetischen Partikeln unterschiedlicher Größe, die beide Ladungen Feld gemäß einem der bekannten Verfahren niedermit demselben Vorzeichen haben, auftreten kann. geschlagen wurde, ungefähr 100 Ä dick. Etwa 1 °/₀ der Durch die elektrostatische Anziehung bewegen sich auf der Oberfläche 12 des Grundträgers 10 (F i g. 3 C) die geladenen Partikeln unter dem Einfluß des ange- 45 niedergeschlagenen Atome wurde ionisiert, wie durch legten elektrischen Feldes, und ihre Vermischung zu die Beziehung zwischen der durch den Oszillator 40 inselähnUchen Strukturen wird unterstützt. Bei dem (F i g. 2) ermittelten Filmdicke und dem über die bisherigen Stand der Technik wurde außerdem beob- Kollektorplatte des Ionenkollektors 42 (Fi g. 2) und achtet, daß das Zusammenfließen von Partikeln zu das Miktroamperemeter 43 ermittelten Ionenstrom inselähnlichen Strukturen in Richtung des angelegten 50 bestimmt wurde.

elektrischen Feldes orientierte Wachstumsprozesse Es wurde experimentell festgestellt, daß es für den

erzeugte. Die normale Kugelform der resultierenden Grundträger eine untere Grenztemperatur von 250⁰C

inselähnlichen Strukturen wird durch das Vorhanden- bei Verwendung eines Nickel-Eisen-Filmes mit 81%

sein von Ladungen auf diesen Strukturen verzerrt. Es Nickel und 19 °/₀ Eisenanteilen gibt, oberhalb der eine

wird für diese Erfindung angenommen, daß diese Ver- 55 gut abgegrenzte einachsige Anisotropie im resultieren-

zerrung zur einachi igen Anisotropie des durch die Erfin- den Film aufgebaut werden konnte. Unterhalb dieser

dung erhaltenen Magnetfilmes beiträgt. Oberflächentemperatur neigte die Orientierung der

In Versuchen, die im Zusammenhang mit der Erfin- leichten Achse dazu, willkürlich von der Richtung des dung gemacht wurden, wurde ein elektrisches Feld in angelegten elektrischen Feldes E abzuweichen. Außerder Ebene einer Unterlage angelegt, auf welcher eine ⁶° dem wurde experimentell festgestellt, daß die untere Reihe von parallelen Leitern durch Aufdampfen auf- Grenze für die Stärke des für die vorliegende Erfindung gebracht worden war. Solche Leiter bestehen z. B. aus geeigneten elektrischen Feldes bei ungefähr 100 Volt/cm Gold, Silber oder Kupfer. Durch Anordnung äquidi- für dasselbe magnetische Material liegt. Filme, die mit stanter Leitungen 14 (Fig. 1) und Anlegen derselben dem angegebenen magnetischen Material nach dem Spannung zwischen benachbarten Leitern, z. B. durch 65 erfindungsgemäßen Verfahren erzeugt wurden, wiesen Parallelverbindung jedes zweiten Leiters und Verbin- gemäß experimenteller Feststellung ähnliche magnedung jeder Gruppe mit der entgegengesetzten Anschluß- tische Parameter auf, wie Filme mit induzierter einklemme einer Spannungsquelle, wurde ein im wesent- achsiger Anisotropie, die nach bisher bekannten Ver-

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ίο

fahren mit einem magnetischen Feld erzeugt wurden. Die Tabelle zeigt typische Daten bestimmter magnetischer Eigenschaften eines als Beispiel gewählten Filmes mit einer Dicke von 1000 Ä und einem Nickel-Eisen-Verhältnis von 81:19.

H_c

2Oe

4,5Oe Ί "~ 1

Schrägstellung β

Aus F i g. 6 ist zu ersehen, daß man nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung einen Magnetfilm mit einem Nickel-Eisen-Verhältnis von 81:19 und 1000 Ä Dicke leicht durch Niederschlag des Materials auf eine auf etwa 350⁰C erwärmte Oberfläche eines Grundträgers erhält. Da das angelegte elektrische Feld zum Aufbau der einachsigen Anisotropie im Film nicht wirksam wird, wenn dieser einmal begonnen hat zuleiten, wird der Rest des Filmes mit einachsiger Anisotropie durch die Austauschkopplung mit dem unter Anlegen des elektrischen Filmes aufgebauten Filmschichtteiles hergestellt. Die Austauschkopplung bewirkt die Magnetisierung eines nichtmagnetischen Materials entsprechend der Magnetisierung einer angrenzenden Schicht magnetischen Materials. Wenn das zum Aufbau des letzten magnetischen Filmes jeweils verwendete magnetische Material, z. B. EuO, bei der gewählten Niederschlagstemperatur nichtmagnetisch ist, wird nach dem Leitendwerden des Filmes eine Niederschlagstemperatur gewählt, bei der dieser Film magnetisch ist. Durch die Austauschkopplung mit der Magnetisierung des mit unter Anlegen eines elektrischen Feldes anfänglich niedergeschlagenen Schichtteiles wird ein Film erzeugt, der eine Geometrie, z. B. eine größere Fläche, und eine Homogenität, z. B. eine größere Einheitlichkeit der Schrägstellung über die gesamte Fläche, aufweist, wie sie für Filme nach herkömmlichen Verfahren mit einachsig induzierter Anisotropie durch Anlegen eines magnetischen Feldes bisher nicht erreicht werden konnten.

Die größte Fläche eines magnetischen Filmes, der nach der bekannten Technik durch Anlegen eines entsprechenden magnetischen Feldes hergestellt wurde, betrug ungefähr 60 cm², wogegen durch das erfindungsgemäße Verfahren ein Magnetfilm mit einachsiger Anisotropie und einheitlicher Lage der leichten Achse zu erhalten ist, der eine wesentlich größere Fläche, z. B. 6400 cm³, aufweist.

Der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt anisotrope Magnetfilm hatte ein Nickel-Eisen-Verhältnis von 81:19 und eine Dicke von etwa 12 Ä. Er wurde auf einer auf etwa 35O⁰C erwärmten Oberfläche einer Trägerplatte niedergeschlagen, an die ein elektrisches Feld angelegt wird. Eine größere Dicke wird bei einem derartigen Film erhalten, wenn die Temperatur der Oberfläche des Grundträgers höher als 350⁰C liegt. Mit Hilfe der bekannten Verfahren war es dagegen nicht möglich, einen Magnetfilm mit einachsiger Anisotropie unter einer Dicke von etwa 35 Ä herzustellen. Für ein bestimmtes magnetisches Material hängt die größte Dicke eines erfindungsgemäß unter Anlegen eines elektrischen Feldes hergestellten anisotropen Filmes von den physikalischen Eigenschaften des Materials und der Oberflächentemperatur des Grundträgers ab. Grundsätzlich ist es jedoch möglich, mit dem erfindungsgemäßen Verfahren unter Anlegen eines elektrischen Feldes einen anisotropen magnetischen Film herzustellen, dessen Dicke unter 35 Ä liegt.

In Abänderung der beschriebenen Anordnung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann an Stelle der Leiteranordnung von F i g. 1 auch ein Elektronenstrahlgerät zur Erzeugung des elektrischen Feldes Verwendung finden.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch nicht auf die Herstellung von Nickel-Eisen-Schichten der genannten Zusammensetzung beschränkt. Beispielsweise kann das erfindungsgemäße Verfahren auch zur Herstellung von Filmen verwendet werden, die aus Übergangsmetallen oder Legierungen dieser Metalle oder aus Seltene-Erde-Metallen bzw. Legierungen dieser Metalle oder auch aus Seltene-Erde-Verbindungen, einem Gemisch dieser Verbindungen bzw. Legierungen bestehen. Als Übergangsmetalle und Legierungen dieser Metalle, welche üblicherweise oberhalb annähernd 2O⁰C ferromagnetisch sind, kommen in Frage:

Fe, Ni, Co, FeNi, FeCo, NiCo, FeNiCo sowie verschiedene ternäre und quaternäre Legierungen, die zumindest Fe, Ni oder Co enthalten. Als Seltene-Erde-Metalle und -Legierungen, die üblicherweise unterhalb annähernd 2O⁰C ferromagnetisch sind, kommen in Frage Gd, No, Dy und Tb sowie die Legierungen dieser Elemente. In die Seltene-Erde-Verbindungen sind einbezogene Oxyde, wie z. B. EuO, Nitrite, wie z. B. GdN, Tellurite, wie z. B. EuTe, und Sulfide, wie z. B. EuS.

Claims (16)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung dünner, eine uniaxiale Anistropie aufweisender Magnetschichten durch Niederschlag des Magnetschichtmaterials auf die Oberfläche eines Schichtträgers, dadurch gekennzeichnet, daß während des Niederschlagens ein elektrisches Feld parallel zur Oberfläche des Schichtträgers angelegt wird, welches stark genug ist, eine uniaxiale magnetische Anisotropie in der niedergeschlagenen Schicht zu erzeugen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetmaterial, aus dem die Schicht gebildet wird, vor der Aufbringung elektrisch geladen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetmaterial, aus dem die Schicht gebildet wird, in an sich bekannter Weise in einer Vakuumkammer verdampft wird, daß das dampfförmige Magnetmaterial teilweise ionisiert wird und daß die der Verdampfungsquelle zugewandte Oberfläche des in der Vakuumkammer befindlichen Schichtträgers während des Niederschlagens einem parallel zur Oberflächenebene verlaufenden elektrischen Feld ausgesetzt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Grad der uniaxialen Anisotropie in der Schicht durch die Temperatur der Niederschlagsoberfläche des Schichtträgers gesteuert wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Grad der magnetischen Anisotropie der Schicht durch Stärke und Richtung des elektrischen Feldes bestimmt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Grad der magne-

tischen Anisotropie der Schicht durch den Grad der Ionisierung des dampfförmigen Magnetmaterials bestimmt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetmaterial zu 81 % aus Nickel und zu 19 % aus Eisen besteht.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetmaterial aus Europiumoxyd besteht.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetmaterial eine Seltene-Erde-Verbindung ist.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetmaterial eine Gadolinium-Europium-Legierung ist.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetmaterial eine Seltene-Erde-Legierung ist.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines Niederschlagmaterials, das bei der Niederschlagstemperatur nichtmagnetisch oder nichtferromagnetisch ist, die Oberfläche des Schichtträgers nach dem Niederschlag eines ersten Schichtteiles, dessen Anisotropie durch das elektrische Feld induziert wird, auf eine Temperatur gebracht wird, bei der das niederzuschlagende Material ferromagnetisch ist, und daß die Anisotropie des danach niederzuschlagenden Schichtteils durch magnetische Austauschkopplung mit dem ersten Schichtteil induziert wird.

13. Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Beschichtungsoberfläche eines in einer Vakuumkammer befindlichen Schichtträgers (10) wenigstens ein Leitungspaar (14) angeordnet ist, dessen Leitungen parallel zueinander verlaufen und während der Beschichtungsoperation an eine Hochspannungsquelle (16) angeschlossen sind.

14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Hochspannungsquelle (16) und das Leitungspaar (14)einspannungsregelndes Glied (18) geschaltet ist.

15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß in der Vakuumkammer in der Nähe einer Quelle (36) für das zu verdampfende Magnetmaterial ein Elektronenstrahlgenerator (34) angeordnet ist und daß der Elektronenstrahl den Ausstrahlungsbereich der Verdampfungsquelle durchsetzt.

16. Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Quelle (36) und der Beschichtungsoberfläche des Schichtträgers (10) in der Nähe des letzteren eine Ionisierungsmeßvorrichtung (42, 43) angeordnet ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen