DE2041847B2 - Verfahren zur herstellung einkristalliner, ferrimagnetischer seltene erdmetalle-eisen-granatfilme - Google Patents
Verfahren zur herstellung einkristalliner, ferrimagnetischer seltene erdmetalle-eisen-granatfilmeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einkristalliner, ferrimagnetischer Seltene-Erdmetalle-Eisen-Granatfilme
mit einer rechteckigen Hysteresiskurve und einer Kompensationstemperatur oberhalb
25O0K durch Abscheiden auf einem R3Al5O|2-Einkristallsubstrat,
in dem R = Yttrium oder ein Seltenes Erdmetall ist, und Erhitzen in sauerstoffhaltiger
Atmosphäre.
Die Herstellung dieser Filme besitzt besondere Bedeutung, denn derartige Filme finden Anwendung als
Modulatoren für Lichtstrahlen, als Kopplungselemente oder Modulatoren für Mikrowellensysteme und als
Speicherelemente für thermoplastische Aufzeichnungsverfahren mit magnetooptischer Abtastung.
In J. Appl. Phys. 36 (1965), S. 2884-86, sind die
Herstellung und die Eigenschaften einkristalliner Yttrium-Aluminium-Granatfilme beschrieben. Filme
dieser Art werden als Substratmaterialien in magnetischen Vorrichtungen verwendet.
Gegenstand der älteren deutschen Patentanmeldung P 19 40 640.7 ist ein Verfahren zur Herstellung
einkristalliner Granatfilme. In diesem Verfahren wird ein Gadolinium-Eisen-Granatfilm auf ein Substrat aus
Yttrium-Aluminium-Granat mit der Kristallrichtung [111] aufgebracht.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung soll Gadolinium
durch Terbium oder Dysprosium ersetzt werden, und in dem Granatsubstratmateriai kann Yttrium durch
ein Element der seltenen Erdmetalle ersetzt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß auf das [11 l]-ausgerichtete Substrat
Gd)-XMxFe5Oi2 mit 0,l<
X< 0,6 für M =Tb
oder mit 0,1 < X< 1,7 für M = Dy,
auf das [ 1 OO]-ausgerichtete Substrat
auf das [ 1 OO]-ausgerichtete Substrat
Gd3. xMxFe5O|2mit l,0<X<2,7fürM=Tb
oder mit 0,27 < X< 1,7 für M = Dy
oder mit 0,27 < X< 1,7 für M = Dy
abgeschieden wird.
Die Erfindung wird anhand der speziellen Beschreibung und der Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Das Aufbringen der Filme auf das Substratmaterial kann auf verschiedene Weise erfolgen. Eine brauchbare
Methode ist das Verteilen einer wäßrigen Lösung der geeigneten Zusammensetzung unter Drenen des Substrats
mit nachfolgender Umwandlung in den kristallinen Zustand, der Film kann auch durch Kathodenzerstäubung
einer geeigneten Zusammensetzung aufgebracht werden, wobei die Kathode des Kathodenzerstäub'jngssystems
aus dem aufzubringenden Material besteht. Weiterhin kann die Kathodenzerstäubung
unter Verwendung von zwei Kathoden durchgeführt werden.
κι Im Rahmen der Erfindung erfolgt der Auftrag der Filme durch Verteilen unter Drehen des Substrats.
Dieses Verfahren ist in der Literatur beschrieben. Es wird deshalb angewendet, weil die Zusammensetzung
der Lösungen leicht geändert werden kann und weil die resultierenden Filme gute optische Eigenschaften
besitzen. Bei diesem Verfahren wird eine konzentrierte Vorratslösung, die Gadolinium- oder Eisenionen und
auch Terbium- oder Dysprosiumionen enthält, die vorzugsweise alle in Form ihrer Nitrate eingesetzt
werden, beispielsweise mit Äthylalkohol verdünnt. Einige Tropfen der verdünnten Lösung werden auf das
vorbereitete Substratmaterial, das horizontal auf einer Photoresistauftragvorrichtung befestigt ist, aufgebracht.
Die Lösung wird durch Drehen des Substrats zu einem einheitlichen Film verteilt. Nach 15 bis 20 Sekunden ist
der Film trocken genug und bleibt unverändert auf der Substratoberfläche. Bei einer weiteren Trocknung auf
einer 300 bis 500°C heißen Platte werden die Nitrate in Oxide und der Film in den glasartigen Zustand
jo umgewandelt, wodurch er unlöslich wird. Der Verteilungs-
und Trocknungsprozeß kann mehrere Male wiederholt werden, bis die gewünschte Dicke erreicht
ist. Die einzelnen Schichten sind ungefähr lOOOÄ dick.
Das trockene Produkt ist eine amorphe Festsubstanz
j5 mit der gewünschten Zusammensetzung, die der Formel
Gd3-JVUFe5O12
entspricht, in der die Gadolinium-, Eisen-, Terbium- oder Dysprosiummengen den relativen Anteilen in den
ursprünglichen Lösungen entsprechen. Der kristalline Granat wird erhalten durch Erhitzen in sauerstoffhaltiger
Atmosphäre auf Temperaturen von ungefähr 6500C
bis 800y°C.
Es wurde gefunden, daß Filme mit wertvollen Eigenschaften erhalten werden, wenn das Gadolinium
teilweise durch definierte Mengen von Terbium oder Dysprosium ersetzt wird. Es ist wesentlich, daß der
gewünschte Substituent in einer bestimmten Menge vorhanden isjt. Die Mengen sind für Terbium, und
Dysprosium verschieden und hängen weiterhin von der Kristallrichtung des Substratmaterials ab. Wenn Terbium
verwendet wird und das Substratmaterial die Kristallrichtung [111] besitzt, liegen die Werte für χ in
der Formel
r\ λ \
zwischen 0,1 und 0,6. Wenn die obere Grenze überschritten wird, ist die Hysteresiskurve nicht mehr
rechteckförmig. Andererseits wird bei einem zu
bo niedrigen Gehalt an Terbium die Koerzitivkraft zu hoch.
Für die Kristallrichtung [100] des Substratmaterials liegt der Wert für χ zwischen 1 und 2,7. Unterhalb dieser
Grenze ist die Hysteresiskurve nicht mehr rechteckförmig und oberhalb dieser Grenze ist die Kompensations-
h5 temperatur zu niedrig. Wenn Dysprosium verwendet
wird und das Substratmaterial die Kristallrichtung [11] besitzt, liegen die Werte für χ zwischen 0,1 und 1,7.
Wenn der Dysprosiumgehalt zu niedrig ist, wird die
Koerzitivkraft nicht in der gewünschten Weise beeinflußt.
Wenn der Dysprosiumgehalt zu hoch ist, wird die Kompensationstemperatur zu niedrig. Für die Kristallrichtung
[100] des Substratmaterials liegt der Wert für * zwischen 0,27 und 1,7. Unterhalb dieser Grenze ist die r>
Hysteresiskurve nicht mehr rechteckförmig und oberhalb dieser Grenze ist die Kompensationstemperatur zu
niedrig.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden dünne ferrimagnetische Filme mit einer rechteckförmigen
Hysteresiskurve und Kompensationstemperaturen nahe der Raumtemperatur und auch Werte für die
Koerzitivkraft erhlten, die in weiten Grenzen variabel sind. Die drei genannten physikalischen Größen werden
bei Verwendung einer bestimmten Menge Terbium π oder Dysprosium erhalten.
20
Ein GdwsTbojsFesOu-Film, aufgebracht auf ein
Yttriumaluminiumgranat-Substratmaterial, mit der Kristallrichtung [111] besitzt eine Koerzitivkraft von
250Oe bei einer Kompensationstemperatur von + 30°C und ein Verhältnis Mr/Ms (remanente Magnetisierung
zu Sättigungsmagnetisierung) von 1,0.
Beispiel II
Ein Gd2.5oTbo.5oFe50i2-Film, aufgebracht auf ein
Yttriumaluminiumgranat-Substratmaterial, mit der Kristallrichtung [111] besitzt eine Koerzitivkraft von
190Oe bei einer Kompensationstemperatur von + 30°Cundein Verhältnis Mr/Ms von 1,0.
Beispiel III
Ein Gdi.bTbi^FeiOirFilm, aufgeoracht auf ein
Yttriumaluminiumgranat-Substratmaterial, mit der Kristallrichtung [100] besitzt eine Koerzitivkraft von
520 Oe bei einer Kompensationstemperatur von + 300C und ein Verhältnis Mr/Ms>0,95.
Beispiel IV
Ein Gd2DyIFe5Oi2-FiIm, aufgebracht auf ein Yttriumaluminiumgranat-Substratmaterial,
mit der Kristallrichtung [111] besitzt eine Koerzitivkraft von 1140Oe bei
einer Kompensationstemperatur von +300C und ein Verhältnis Mr/Ms von 1,0.
Ein Gd2,54Dyo,46Fe50i2-Film, aufgebracht auf ein
Yttriumaluminiumgranat-Substratmaterial, mit der Kristallrichtung [100] besitzt eine Koerzitivkraft von
520Oe bei einer Kompensationstemperatur von + 300C und ein Verhältnis Mr/Ms
> 0,95.
In den vorhergehenden Beispielen kann anstelle des Yttriumaluminiumgranats als Substratmaterial ein Granat
mit einem Element der Seltenen Erdmetalle mit Erfolg verwendet werden.
Die Dicke der hergestell'en Filme betrug in allen Fällen 1,0 μ ± 0,2 μ.
Claims (1)
- Patentanspruch: ■Verfahren zur Hersteilung einkristalliner, ferrimagnetischer Seltene-Erdmetalle-Eisen-Granatfilme mit einer rechteckigen Hysteresiskurve und einer Kompensationstemperatur oberhalb 250° K durch Abscheiden auf einem RjAUOirEinkristallsubstrat, in dem R = Yttrium oder ein Seltenes Erdmetall ist, und Erhitzen in sauerstoffhaltiger Atmosphäre, dadurch gekennzeichnet, daß auf das [111]-ausgerichtete Substrat< X< 0,6 für M =Tboder mit 0,1 < X< 1,7 für M = Dy,
auf das [100]-ausgerichtete SubstratGd3-xMxFe5O|2mitl,0<Ar<2,7fürM=Tboder mit 0,27 < X< 1,7 für M = Dy
abgeschieden wird.
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