DE2062058A1

DE2062058A1 - Magnetische Einwanddomanenvor richtung

Info

Publication number: DE2062058A1
Application number: DE19702062058
Authority: DE
Inventors: Jack Everett Anaheim Heinz David Murray Orange Hamilton Thomas Neil Fullerton Besser Paul Jerome Mission Viejo Pulliam George Richard Anaheim Calif Mee (V St A ) BOlj 17 22
Original assignee: North American Rockwell Corp
Current assignee: Boeing North American Inc
Priority date: 1970-01-06
Filing date: 1970-12-16
Publication date: 1971-07-15
Also published as: CA924613A; JPS5117720B1; NL7014495A; DE2062058B2; GB1319474A; FR2075021A5; DE2062058C3; US3645787A

Description

Mappe 19789

Horth American Rockwell Corporation_} El Segundo, Calif./DBA

Magnetische Einwanddomänenvorrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf zusammengesetzte Strukturen und insbesondere auf zusammengesetzte Strukturen^ welche in Vorrichtungen verwendet werden können, bei denen magnetische Einwanddomänen verwendet werden« Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur Herstellung von Einwand- oder Blasendomänenvorrichtungen. Diese zusammengesetzte Struktur· kann in. magnetischen Vorrichtungen verwendet werden und ist besonders für logische Vorrichtungen oder Schaltungen brauchbar, da man magnetische Einwanddomänen in ihren Filmen erzeugen kann.

Das gegenwärtige Interesse an Orthoferriteinkristallen hat seinen Grund darin, daß man in dünnen Schichten mit der richtigen kristallographischen Orientierung bewegliche Einwanddomänen oder magnetische Blasendomänen herstellen kann, wie es in dem Aufsatz "Properties and Device Applications of Magnetic Domains in Orthoferrite" von AoHo Bobeck, veröffentlicht im "Bell System Technical Journal",

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Band 46, Seite 1901 (1967) beschrieben ist. Diese Domänen können durch magnetische Felder beeinflußt werden, so daß sie logische und Speicherfunktionen erfüllen, wie es in dem US-Patent 3 460 116 beschrieben ist.

Große Orthoferritkristalle sind bereits aus Lösungen gezogen worden, und zwar entweder durch eine Schmelzflußtechnik, wie es in der US-Patentschrift 3 079 240 beschrieben ist, oder durch eine hydrothermische Technik, wie es in dem Aufsatz "The Hydrothermam Growth of Rare Earth Orthoferrite" von E.D. KoIb, D.L. Wood und H.A. Laudise, veröffentlicht im "Journal of Applied Physics", Band 39, Seite 1362 (1968) beschrieben ist. Beide Züchtungsmethoden ergeben jedoch leicht Kristalle mit Lösungsmitteleinschlüssen oder Poren, wie dies durch die Autoren dieser Veröffentlichungen festgestellt wird.

Schichten oder Filme aus polykristallinen magnet!sierbaren Metallen, welche dem Einfluß von Magneten ausgesetzt werden können, um magnetische Domänen zu erzeugen, sind in der US-Patentschrift 2 919 432 beschrieben. In dieser Patentschrift ist speziell ein Dünnschichtdomänenwandschieberegister beschrieben, bei dem eine umgekehrt magnetisierte Domäne, die durch vordere und rückwärtige Domänenwandungen umgeben ist, an einer Anfangsstelle in der Schicht erzeugt und entlang einer ersten Achse in der Schicht durch ein entlang laufendes mehrphasiges Verschiebefeld vorwärts getrieben wird. Eine solche Domänenwandvorrichtunge ist gewöhnlich durch eine anisotrope magnetische Schicht gekennzeichnet, bei welcher die Fortbewegung einer umgekehrten Domäne entweder entlang der leichten oder der schwe ren Achse erfolgt und die Domänenwandungen, die die uingakehrte Domäne begrenzen, sich bis zum Rand der Schicht in einer Richtung orthogonal zu de*' Forttiawegungaachae

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erstreckt« Sofern die Wandungen der Domäne durch die Ränder der Schicht gebildet werden, wird die Portbewegung dieser Domänen auf eine der Achsen entlang einer Querrichtung der Schicht beschränkt.

In der TJS-Patentschrift 3 460 116 ist gezeigt, daß eine umgekehrt magnetisierte Domäne durch eine Einwanddomäne umgeben werden kann. Eine solche Domäne unterscheidet sich von der umgekehrten Domäne, die gemäß der ÜS-Patentechrift 2 919 432 fortbewegt wird, dadurch, daß die Einwanddomäne, welche die erstere umgibt, eine Querschnitteform aufweist, die von der Breite der Schicht unabhängig ist, mit anderen Worten heißt das, daß sie nicht durch den Rand der Schicht begrenzt ist. Diese Domänen werden als Einwanddomänen bezeichnet.

Der Hauptnachteil der Schichten der US-Patentschrift 2 919 und der US-Patentschrift 3 460 116 besteht darin, daß bei der ersteren ein anisotroper PiIm oder eine anisotrope Schicht aus einem Material verwendet wird, welches streifige oder fingerartige Domänen im wesentlichen über die gesamte Breite oder Länge der Schicht ergibt, während im letzteren Fall keine Substratscheibe verivendet wird um einen Halt für die Materialschicht zu schaffen, wodurch die Herstellung von sehr dünnen Schichten, wie z.B. mit einer Dicke unter 250 000 Χ verhindert wird, welche bei Anwendungen mit einer hohen Domänendichte Vorteile besitzen.

Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, eine Filmverbindung zu schaffen, die mit der Substratscheibe verbunden ist, wobei der Film sich für die Erzeugung von iiagnetischen Einwanddomänen eignet und wobei die magnetischen Einwanddomänen sich in einer Weise verhalten, wie es bei einer Ein.wanddomäne in einem tatsächlichen isotropen

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Medium der Fall ist. Das Verhalten der magnetischen Einwanddomäne und eine beispielhafte Vorrichtung, welche die Anwendung der genannten Domäne zeigt, sind in der US-Patentschrift 3 460 116 beschrieben.

Gemäß der Erfindung wird nunmehr eine Zusammengesetze mehrschichtige Struktur vorgeschlagen, welche mindestens einen Film aus mikrokristallinem Material aufweist, der auf einer monokristallinen Substratscheibe niedergeschlagen ist, wobei jeder Film die Pseudoperovskitstruktur hat und die Formel JQO, besitzt, worin der Bestandteil **" des Films mindestens eines der folgenden Elemente ist: Cer, Praseodym, Neodym, Promethium, Samarium, Europium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium, Lutetium, Lanthan oder Yttrium, und worin der Bestandteil Q mindestens eines der folgenden Elemente ist: Aluminium, Gallium, Indium, Scandium, Titan, Vanadium,Chrom, Mangan oder Eisen, und wobei die Substräscheibe die Formel JQ-Oxid besitzt, worin der Bestandteil J mindestens eines der folgenden Elemente ist: Cer, Praseodym, Neodym, Promethium, Samarium, Europium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium, Lutetium, Lanthan, Yttrium, Magnesium, Calcium, Strontium, Barium, Blei, Cadmium, Lithium, Natrium oder Kalium, und worin der Bestandteil Q mindestens eines der folgenden Elemente ists Gallium, Indium, Scandium, Titan, Vanadium, Chrom, Mangan, Rhodium, Zircon, Hafnium, Molybdän, Wolfram_v Niob oder Tantal.

Es wurden eine Reihe von erfindungsgemäßen Filmen and Substraten, wie sie oben beschrieben wurden, untersucht, wobei ihre Verwendbarkeit zum Zwecke der Erzeugung magnetischer Domänen in bestimmten Stellen und zur Fortbewegung derselben in im wesentlichen allen Richtungen der Ebene des Films festgestellt wurde, wobei praktisch gleiche Energie -

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mengen zur Bewegung der Domänen verwendet wurden und wobei auch eine Einrichtung zur Abtastung der Lageverschiebtmg de? genannten magnetischen Domänen für logische Schaltungen zur Verwendung gelangte. Die Struktur eines Versshieberegisters, welches in der US-Patentschrift 3 460 116 erläutert und genau beschrieben ist wird in der Folge unter Bezugnahme auf solche Teile näher beschrieben, -die mit dem Film ©©!"bat Ib magnetischer Verbindung sind, und zwar für di© Brs©iigiings~_# Portbewegianga- und Abtastfuntetionen der magnetischen Bomänen.

Die außerhalb des Films liegendeaEinrichtungen werden nicht erläutert, da beispielhafte Einrichtungen, die in Verbindung mit Vorrichtungen verwendet werden, die magnetische Einwanddomänen haben, und die Ausbreitung derselben vollständig in der US-Patentschrift 3 4-60 116 beschrieben sind. Gemäß der vorliegenden Erfindung werden jedoch spezielle Verbindungen sowohl für den Film als auch für die Substratscheibe verwendet, welche die gewünschten Hesultate und noch zusätzliche Vorteile ergeben, da hierdurch für den Film ein Träger geschaffen wird, so daß sehr dünne Filme mit weniger als 250.000 £ Dicke und sicherlich auch Filme mit mehr als 250.000 S Dicke durch das erfindungsgemäße Ver- " fahren hergestellt werden können, was sehr kleine Domänenbereiche ergibt und damit eine höhere Dichte von magnetischen Einwanddomänen erlaubt»

In Filmen aus Einkristallorthoferriten von seltenen Erden ist es möglich, zylindrische magnetische Domänen zu erzeugen. Die Nettomagnetisierungsrichtung dieser Domänen ist bei Raumtemperatur in den meisten Orthoferriten senk- . recht zur Ebene (001). Bei Anlegung eines wachsenden magnetischen Fels, um die Domänenmagnetisierung umzukehren, schrumpfen die zylindrischen Domänen auf einen minimalen Durchmesser und brechen dann zusammen. Für viele Anwendungen

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sind hohe Domänendichten und damit kleine Domänendurchmesser erwünscht.

Ein Weg zur Verringerung des Domänendurchmessers ergibt sich aus der Art des hier beschriebenen Wachstums, bei welchem der magnetοstriktive Effekt ±n epitaxialen Abscheidungen verwendet wird. Bei einer Abkühlung aus der Abscheidungstemperatür erzeugt der Unterschied in der thermischen Ausdehnung zwischen dem Niederschlag und dem Substrat in beiden mechanische Spannungen. Die Abscheidung kann richtig unter Spannung gehalten werden, so daß der magnetοstriktive Effekt die effektive Anisotropiekonetante in epitaxialen (001)-Orthoferritfilmen verringert. Da der Domänendürchmesser proportional der Anisotropiekonetant« ist wird der Minimaldomänendurchmesser verringert. Auch wenn der magnetostriktive Effekt nicht vollständig isotrop ist, wird er nicht die tatsächlich isotrope Bewegung der zylindrischen Domänen in der (001)~Ebene merklich beeinflussen.

D,ie chemische Dampfabscheidung von Orthoferritfilmen auf orientierten Substraten ergibt ziemlich reine Orthoferrite, da weitere Chemikalien, die in den Kristall eingebaut werden könnten, nicht anwesend sind. Epitaxiale Filme können routinemäßig bis zu einem Bruchteil eines tausendstel Millimeters durch Kontrolle der Dauer des Wachstumsprozesses gesteuert werden. Da Substrate vor der Verwendung orientiert und poliert werden, ist keine Polierung der Orthoferrite nötig. So ergibt eine chemische Dampfabscheidung von Orthoferritfilmen Abscheidungen, die reiner, vollkommener und dünner sind als sie durch die Züchtung von großen Kristallen erhalten werden.

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Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt solche Stufen* wie sie zur Bestimmung der besten physikalischen Anordnung des Sub-· strats in der Reaktionskammer nötig sind, um die gewünschte Filmabscheidung auf dem Substrat zu erzielen. Das Verfahren unfaßt auch die Erhöhung der Temperatur eines Substratkristalls (oder Impfkristalls) in einer Reaktionskammer und

Saueretoff

die Umsetzung von oxidierenden Gasen und/odej/mit Gasen gewisser Metallhalogenide auf dem Substratkristall oder der Scheibenoberfläche, um Filme oder mehrere voneinander isolierte Filme abzuscheiden.

Das Verfahren ergibt weiterhin eine Abscheidung von Filmen mit BLnkriatallstruktur auf fiinkristalleubstratsche Iben gemäß des! ausgewählten Materialien und gemäß den Kontrollstufen, die zur Erzielung des obigen Produkts oder einer Gruppe der obigen Produkte verwendet werden.

Das hier beschriebene Verfahren enthält, eine Abfolge von Stufen, die nötig sind, um die richtigen Abscheidungsbedingungen und die beste physikalische Lage des Substrats in der Reaktionskammer zu bestimmen, um die gewünschte Art von Abscheidung zu reproduzieren.

Die Erfindung wird nun an Hand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben.

In den Zeichnungen zeigen;

Figur 1 einen Querschnitt durch die Reaktionskammer, die beim erfindungsgemäßen Verfahren verwendet wird; Figur 2 eine Aufsicht auf ein Verschiebungsregister, welche eine Vorrichtungsart erläutert, die durch das erfindungegemäße «Verfahren hergestellt werden kann»

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Figur 3 einen Querschnitt an der Linie 3-3 von figur 2, welche Einzelheiten der in der Schicht eingebetteten Drähte zeigt« Diese Drähte werden dazu verwendet, die äußeren Einrichtungen zur Erzeugung, Portbewegung und Abtastung der Bewegung der magnetischen Einwanddomänen, die im Film der Vorrichtung erzeugt werden, damit su verbinden; und figur 4 einen Querschnitt an der Linie 3-3 von Figur 2, welcher einen Spiegelbildfilm und eine Schicht zeigt, worin Drähte auf beiden Hauptabscheidungsoberflachen des Substrats eingebettet sind.

Bei einem chemischen Dampfabscheidungsverfahren werden die miteinander reagierenden Dämpfe in der Nähe eines Kristall-

zusammen
substrate oder Kristallkeims/gebracht, so daß sie miteinander reagieren und einen Orthoferritfilm auf einer Substratscheibe abscheiden« Die chemischen DampfabScheidungen umfassen die Reaktion zwischen einem Lanthanid-, Lanthan- oder Xttriumhalogenid und einem Eisenhalogenid und Säuerstoff, obwohl sie nicht auf diese Element*» ofl.*v Verbindungen beschränkt sind. Die Reaktionekammer gestattet eine Verdampfung der einzelnen Metallhalogenide und eine innige Mischung der Dämpfe bevor sie mit Sauerstoffgas reagieren«:

Figur 1 zeigt einen T-förmigen Reaktor 10 für 4$e Verwendung zur Abscheidung eines films. Die Figuren 2 und 3 äiphitern eine logische Vorrichtung, die durch dieses VeisEaJäa?.©n hergestellt werden kann. Der Reaktor ist für verhlitriismäßig hohe Temperaturen gebaut , um beispielsweise d$e iö&eärige Flüchtigkeit von Materialien, die Quellen für •Metallhalogenide darstellen, zu berücksichtigen» Der T-formige Reaktor besitzt eine horizontale Kammer 20 und eine vertikale Kammer 30. Um die horizontale Kammer herum ist ein Heizer 21 für die Reaktionszone vorgesehen. Um die vertikale Kammer sind einzelne Heizer 31» 32 und 33 angeordnet, um die

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Temperaturen der Ausgangsmaterialien zu regeln« In &©r vertikalen Kammer sind Schmelztiegel 34· und 35 für die Aufnahme der Ausgangsmaterialien eingeschlossen. Diese SehmeXatiegel sind in ein Vormischrohr 36 eingeführt, sind ia der riehtigen Lage angebracht, werden dort gehalten und sind in das ITormisch rohr 36 eingeschlossen. Ein Rohr 37 besitzt ©i&e Eintrittsöffnung für die Einführung yon HGl-GaS₉ welches d@a Sreaeport des Ausgangsmaterials im Siegel 54· unterstützt, so daß das Ausgangsmaterial in Gasform zur Beaktionskaramei⁶ 20 transportiert wird. Das Hohr 37 wird auch dazu verwendet, d©a Tie» gel 34- im Vormisehrohr 36 zu heben oder zu senken. Die lage des !Tiegels 35 im Vormischrohr kann durch einen Haltestab verändert werden« Ein Eintrittsrohr 39 ist im Vormischrohr 36 für die Einführung von Heliumgas vorgesehen. Das gesamte Vormischrohr 36, welches die Tiegel 34·. und 35 und die Enden der Teile 37» 38 und 39 enthält, die sich aus dem Vo^uischrohr heraus erstrecken, kann vertikal nach.Wunsch innerhalb der Kammer 30 bewegt werden. Das Vormischrohr 36 ist mit einer Austrittsöffnung 40 am oberen Ende versehen, wodurch die verdampften Ausgangsmaterialien in Mischung mit den verschiedenen Trägergasen, die in das Vormischrohr 36 eingeführt werden, hindurchtreten können.

Die Strömungsgeschwindigkeit des Ausgangsmaterdals aus dem Tiegel 35 kann dadurch verändert werden, daß die Temperatur des Heizers 33 verändert wird. Die Strömungsgeschwindigkeit des Ausgangsmaterials des Tiegels 34 kann dadurch verändert werden, daß die Temperatur des Heizers 31 verändert wird und auch dadurch, daß die Strömungsgeschwindigkeit des in den Tiegel durch das Rohr 37 eingeführten Gases verändert wird. Die horizontale Heaktionskammer besitzt einen Eintritt 22, durch den Helium und Sauerstoff eingeführt, werden können, und sie besitzt einen Austritt 23 für den Austritt der Gase aus der Kammer. Die aus der öffnung 40 austretenden

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Gase transportieren die vorgemischten Metallhalogeniddämpfe in die Reaktionszone des Reaktors.

Das Kristallsubstrat oder Impfsubstrat 26 befindet sich auf einem Halter 25 aus zusammengeschmolzenem Siliciumdioxid, welcher Halter sich in der horizontalen Kammer 20 befindet. Die Lage des Halters 25 kann während des Verfahrens gegebenenfalls verändert werden.

Ganz allgemein wird während des Verfahrens die Temperatur der Kristallsubstratscheibe mit Hilfe des Heizers 21 für die Reaktionszone erhöht. Die Heizer 31, 32 und 33 für die Ausgangsmaterialien werden auf Temperaturen gebracht, so daß etwa 0,1 at Dampfdruck für jedesMetallhalogenid entsteht. Nachdem ein jeder Heizer die gewünschte Temperatur erreicht hat, wird das Vormischrohr 36ι welches die Tiegel 34· und 35 für die Ausgangsmaterialien enthält, in die vertikale Kammer 30 eingebracht. Gase werden in die vertikale Kammer durch das Rohr 37 und das Rohr 39 eingeführt, so daß die Metallhalogeniddämpfe durch die öffnung 40 des Vormischrohrs in die horizontale Reaktionskammer 20 geführt werden. Hierauf wird Sauerstoff aus dem Eintritt 22 der Kammer 20 mit den Metallhalogeniddämpfen überhalb der Substratkristalloberfläche in Reaktion gebracht, um darauf die gewünschte Verbindung herzustellen. Ein spezielles Beispiel für eine typische Reaktion kann durch die folgende Gleichung dar-· gestellt werden:

+ ^-O₂Cg) -J> GdFeO₃Cs)

Der Substratkristall für den Gadoliniumorthoferritfilm kann aus Xttriumorthoaluminat oder aus einer anderen Substratver bindung, wie sie weiter unten aufgeführt werden, bestehen

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In den einzelnen Tiegeln sind wasserfreies Gadoliniumchlorid (GdCIx) und ferrochlorid (PeCIg) enthalten, und die Tiegel befinden sich in gesonderten Temperaturzonen der Kammer 30.

Trockenes Helium wird beim Eintritt 39 in das Vormischrohr angeführt, um die GdOl,- und FeClg-Dämpfe, welche die reagierenden Metallhalogeniddämpfe darstellen, von den Tiegeln in die Reaktionszone der horizontalen Kammer 20 zu transportieren. Trockenes Chlorwasserstoffgas (HCl) welches beim Eintritt 37 eingeführt wird, fließt direkt in den Tiegel 34» j in dem sich das GdCl, befindet. Das HCl-Gas spült die schweren GdCl^-Dämpfe aus dem Tiegel in den Heliumgasstrom und verhindert, daß die sehr reaktionsfähigen GdCl^-Dampfe in einer unkontrollierbar schnellen Weise mit dem Sauerstoff.-gas der beim Eintritt 22 hereinkommt, reagieren.Helium wird durch den Eintritt 22 gemeinsam mit dem Sauerstoff in die horizontale Kammer 20 eingeführt.

Die Reaktions- und Abscheidungszone befindet sich im Strom abwärtigen Teil der horizontalen Kammer und zwar in der Nähe der T-Verbindung der Kammern 20 und 30. Die Substratscheibe 26 befindet sich auf einem Halter 25, der in den f Strom abwärtigen Teil der Kammer 20 eingeführt ist. Die Verfahrensparameter, wie z.B. die Wärmezufuhr aus den Heizern 31, 32 und 33» und die Gasströmungsgeschwindigkeit durch die Teile 22, 37 und 39 werden so eingestellt, daß die gewünschten Reaktionsbedingungen erzielt werden, worauf dann die Substratscheibe 26 auf dem Quarzhalter 25 in den Strom abwärtigen Teil der Kammer 20 eingeführt wird. Zur Erzielung von Informationen bezüglich der genauen Lage, wo der gewünschte Dampf für die Abscheidung auf dem Substrat bereit ist, wird eine Testprobe ähnlich der Scheibe 26 oder eine zusammengeschmolzene Quarztestplatte auf dem Halter 25

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in die Halte der T-Verbindung eingeführt. Ein rötlich brauner Film scheidet sich auf dem Material ab, welches anstelle der Platte 26 eingeführt ist, wodurch die. Orthoferritabscheidungszone angezeigt wird, d.h. also, daß die Abscheidungsbedingungen und die Lage der Abseheidungszone beide richtig sind. Für diesen Versuch sind nur 2 bis 4- min Reaktionszeit erforderlich. Hierauf wird die Testprobe entnommen, und das Substrat 26 auf dem Halter 25 wird in die Kammer 20 durch den Eintritt 22 eingeführt und genau in die Lage gebracht, die durch die Kalibrierung auf dem Stab 28 mit Hilfe der Testprobe festgelegt wurde, so daß die Reaktionsdämpfe sich auf der oberen Oberfläche des Substrats 26 abscheiden, wodurch der gewünschte mikrokristalline Film auf der monokristallinen Substratplatte gebildet wird.

Einzelheiten bezüglich der Anordnung des Substrats in der Kammer 20 sind wichtig. Der Halter 25 besitzt eine öffnung 27 an jedem Ende. Diese Öffnungen werden für die Einführung eines kalibrierten Stabs 28 mit einem Hakenende verwendet. Der Stab 28 bringt den Halter 2.5 in die richtige Lage, so daß auf der Testprobe die rötlich braune Abscheidung erhalten wird. Wenn die rötlich braune Farbe erhalten wird, dann wird die Markierung auf dem Stab 28, die am Rand der öffnung 22 erscheint, notiert, so daß der Halter 25 mit dem Substrat 26 darauf wieder eingeführt und genau dort angeordnet werden kann, wo die rötälch braune Abscheidung auftrat. Der Stab 28 wird hierauf entnommen, bis der Film vollständig abgeschieden ist, worauf dann der Stab 28 wieder dazu verwendet wird, den Halter 25 gemeinsam mit dem auf dem Substrat 26 abgeschiedenen Film zu entfernen.

Es wird darauf hingewiesen, daß sich normalerweise der Film auf der Oberfläche des Substrats 26 abscheidet, die

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-nicht am Halter 25 anliegt oder damit ia Berü&mag ist. d©3? Abscheidung des Filsis βμϊ ©iaes? ObesfXsleh© kaaa di© dere Oberfläche, die vorher mit dem Halter 25 in Kontakt war mit einem ähnlichen film beschichtet werden» isdem das Substrat timgewendet wird, so daß die nunmehr beschichtete Oberfläche der Oberfläche des Halters 25 gegenüber liegt.

Es sollte auch darauf hingewiesen werden₉ daß bein ©buna be·= schriebenen Verfahren auch eine Maske verwendet. w©rd©a teanftp um solche Teile der oberen Oberfläche der Substratscheibe 26 au maskieren, die nicht mit dem Film 29 beschichtet werden soll, und wobei die zu beschichtenden Teile durch die Maske nicht bedeckt werden. Auf diese Weise können mehrere Filme 29 auf einer Oberfläche der Substratplatte 26 hergestellt werden.

Filme werden auf Substraten gemäß den Beispielen in der folgenden Tabelle I hergestellt, in welcher die Verfahrensparameter angegeben sind, die in Betracht gezogen wurden.

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	Tabelle	I	Zusammen setzung B	2062058
	Zusammen* Setzung A	YPeO_x
Materialien und Bedingungen	GdPeO,	OaTiO₅	Zusammen setzung 0
Filmmaterial	YAlO₅	1144	YFeO₅
Substratmaterial	1145	5,5	YAlO₅
Substrattemperaturen in ⁰C	11,5	1175
Vertikale Heliumströ- mungsgeschwindigkei- . ten in !L/min		6,0

Horizontale Heliumströmungsgeschwindig-4,32 keit in l/min

Chlorwasserstoffströmungsgeschwindigkeit in ml/min

Sauerstoffströmungsgeschwindigkeit in ml/min

Traneportge schwindigkeit des GdCl, oder YOl, in g/st

Transportge schwindigkeit des FeCl₂ in g/st

Filmdicke in LL Versuchsdauer in min

Orthoferritabscheidungsgeschwindig» keit lnfl/at

Kristallographische Orientierungen

60

37 1,13

4,47

4,5 15

18,0 2,75

22

33
1,03

1,47

6,6
30

13,2

2,75

33 0,516

1,18

4,1 40

6,2

(00I)SdFeO_x (00I)YFeO, (10I)YFeO₅.

(00I)YAlO₅ (01O)CaTiO₅ (10I)YAlO₅

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Obwohl nur Einzelheiten von verschiedenen Zusammensetzungen der Tabelle I erXäut.ert wurden, ist es klar, daß alle Zusammenset zmigen, die aus den in Tabelle II angegebenen Elementen bestehen, gemäß der Erfindung verwendbar sind«

Verschiedene Kombinationen von Film- und Substratmaterialien wurden als Beispiele in der obigen Tabelle I erläutert. Jedoch kann eine große Anzahl anderer Kombinationen verwendet werden, in denen mindestens zwei der Elemente des Filmmaterials mit mindestens zwei der Elemente des Substratmaterials kombiniert werden, wie sie in der folgenden Tabelle II angegeben sind. Wenn das Filmmaterial für die Erzeugung von magnetischen Einwanddomänen verwendet werden soll, dann sollte mindestens eines der beiden Elemente des Filmmaterials aus dem Element Eisen (Fe) bestehen.

Tabelle II

FiImverbindung der Formel JQP, Substratverbindung der For-

* mel JQ-Oxid

J-Teil	Q-Teil	J.-Teil	Q-Teil
Oer	Aluminium	0er	Gallium
Praseodym	Gallium	Praseodym	Indium
Neodym	Indium	Neodym	Scandium
Promethium	Scandium	Promethium	Titan
Samarium	Titan	Samarium	Vanadium
Europium	Vanadium	Europium	Chrom
Gadolinium	Chrom	Gadol;inium	Jffl TIg^ ti
Terbium	Mangan	Terbium	Eisen
Dysprosium	Eisen	Dysprosium	Rhodium
Eolmiüm		Holmium	Zircon
Erbium		Erbium	Hafnium
Thulium		Thulium	Molybdän

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Y-Teil Q-Teil

Ytterbium Ytterbium

Lutetium Lutetium

Lanthan Lanthan

Yttrium Yttrium

Magnesium

Calcium

Strontium

Barium

Blei

Cadmium

Lithium

Natrium

Die Elemente der Gruppe der Lanthaniden sind hier definiert als Cer, Praseodym, Neodym, Promethium, Samarium, Europium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium, Lutetium.

Im Anschluß an die Abscheidung einer Einkristallorthoferritschicht auf einem Substrat können aus dem Orthoferrit brauchbare Vorrichtungen hergestellt v/erden, wie sie beispielsweise in der US-Patentschrift 3 460 116 beschrieben sind. In den Figuren 2 und 3 ist ein Verschiebungsregister gezeigt, das mit 100 bezeichnet ist. Ein ähnliches Verschiebungsregister ist in der US-Patentschrift 3 460 116 beschrieben. Auch ist dort die Anwendungsweise genau erläutert«

Die Vorrichtung 100 der Figuren 2 und 3, welche durch dieses Verfahren hergestellt werden kann, besteht aus einem Substrat 26 mit einem darauf abgeschiedenen Film 29* Wenn die Vorrichtung 100, welche Einwanddomänen erzeugen_v fortbewegen und abtasten kann., fertig ist. darm e-iuha-.t- dieser Aufbau zumindest «ine Isolierschicht *fy\ ;He bri/nicta--

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weise aus Siliciummonoxid (SiO) oder Magnesiumfluorid p besteht, die am Film 29 befestigt ist, und besitst außerdem die verschiedenen Einrichtungen zur Erzeugung, Ausbreitung und Abtastung von darin eingebetteten Siawenddomänen.

Eine Möglichkeit zur Herstellung der Schicht 101 "bestellt darin, daß man einen Metalleiter 102 auf die'Oberfläche des Films 29 durch eine geeignete auf der Oberfläche ae,® Films 29 angeordneten Maske aufdampft, wobei die Baske das Muster der Leiter 102 besitzt. Die Verdampfung kann in einer ähnlichen Kammer erfolgen, wie sie in Figur 1 gezeigt ist, wobei der Inhalt des Behälters 34 aus Metallgranalien, wie z.B. Kupfer, Gold, Silber oder Aluminium besteht und der andere Behälter 35 weggelassen wird. Die Temperaturen werden entsprechend eingestellt und der Sauerstoff strom wird weggelassen.. KSerauf wird die Masire weggenommen, und der Behälter 3* kann mit den Isolationsmaterialgranalien, wie z.B. MgFp » beschickt werden, die dann verdampft und als Film auf den Leiter 102 und auf der freiliegenden Oberfläche des Films 29 niedergeschlagen werden. Hierauf wird eine andere Maske mit einem Drahtmuster 103 auf die isolierende Oberfläche gelegt. ä

Geeignetes Metall wird in den Behälter 34 eingebracht, und ein Schema von Drähten 103 wird in ähnlicher Weise wie das Leiterschema 102 niedergeschlagen. Nach der Wegnahme der Maske für die Drähte 103 kann ein weiterer Belag aus isolierendem Material über die Oberfläche der Drehte 103 und über den freien Steilen des vorher abgeschiedenen IsoXierungsfilms niedergeschlagen werden. Eine Maske mit dem Muster dei* Drähte 104 kann dann über d.ife !wollerende Oberfläche gelegt werden, und ein sm-Bät^l'olies leitendes Material -kann durch das gleiche "

aufgebracht werden, wie es aar

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Herstellung der Drähte 104 verwendet wurde. In ähnlicher Weise.können Drähte 105 und 106 hergestellt werden, wenn man Kasten mit dem entsprechenden Küster wie für die Drähte 104 verwendet und wenn man zusätzliches leitendes Material abscheidet. Auch wird nach der Abnahme der Maske in ähnlicher Weise zusätzliches isolierendes Material über die Drähte 104, 105 und 106 und über die freiliegende isolierende Oberfläche, auf der die Drähte abgeschieden worden sind, aufgebracht. Eine Maske mit dem Muster des Drahts 107 wird dann auf die Oberfläche gelegt und der Draht 1q? wird in ähnlicher Weise wie bei anderen Drähten auf dei? isolierenden Oberfläche hergestellt. Die Maske wird dann entnommen, und zusätzliches isolierendes Material wird über den Draht 107 uad der freiliegenden Isolierungsfläche in der gleichen Weise wie vorher abgeschieden► Eine Maske mit dem Muster des Drahts 108 wird dann über die isolierende Oberfläche gelegt, und der Leiter 108 wird mit dem gleichen Vakuumabscheidungsverf ehren hergestellt. Schließ liöh wird die Maske weggenommen, und isolierendes Material wird über dem Leiter 108 abgeschieden, welches den Leiter und auch die verbleibende freie isolierende Oberfläche bsdeckt, wodurch alle die Drähte in der Schicht 101 eingekapselt werden, die nun fest auf der Filmoberfläche 29 befestigt ist.

Bezüglich der Abscheidung der Drähte 104, 105 und 106 und bezüglich ihrer Kreuzungspunkte und möglicherweise auch bezüglich der Kreuzungspunkte mit dem Drähten 102, 103, 10? und 108 wird darauf hingewiesen, daß ein Draht auf einmal nicht in seiner Gesamtheit abgeschieden werden muß, was es erforderlich macht, daß isolierendes Material zwischen diesen verschiedenen Drähten an ihren Kreuaungspunkti-m abgeschieden wird. Es können auch geeignete Maske« . >r>-

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wendet werden, um Drähte und Isolierungen teilweise abzuscheiden, so daß die Gesamtzahl der einzelnen Abscheidungen verringert werden kann.

Es wird darauf hingewiesen, daß durch die Verwendung einer geeigneten Maske bei der Herstellung der Schicht 101, um solche Teile zu bedecken, die keine Schicht 101 aufweisen sollen, und daß durch Freilassen solcher Teile durch die Maske, die mit einer Schicht 101 bedeckt werden sollen, mehrere solche Schichten 101 auf einer Filmoberfläche 29 oder Gruppen von Filmen 29 in der gleichen Weise wie die Schicht 101 hergestellt werden können.

Figur 4 erläutert die Abscheidung eines Films 29' auf der anderen Oberfläche der Platte 26, wobei auf dem Film 29* die Schicht 101' abgeschieden ist. Der Film 29' ist bezüglich des Stoffs wie der Film 29 aufgebaut, und die Schicht 101'ist identisch mit der Schicht 101. Beide Filme 29 und 29* werden deshalb in der gleichen Weise abgeschieden, und die beiden Schichten 101 und 101° werden ebenfalls in der gleichen Weise abgeschieden und können auch die gleichen Drähte eingebettet enthalten. Figur 4- erläutert also eine Mehrschichtvorrichtung mit magnetischen Domänen* Es ist natürlich auch möglich, mehrere Filme aus magnetischen und nicht-magnetischen Materialien übereinander auf der gleichen Seite der Substratoberfläche abzuscheiden, wobei eine JQ-Eombination für den Film gemäß Tabelle II verwendet wird, um die magnetischen und/oder nicht-magnetischen Schichten der Filme und/oder Substrate herzustellen.

Eine brauchbare Orthoferritvorrichtung 100 benötigt eine Schicht 101 für die Erzeugung, Ausbreitung und Feststellung von magnetischen rirtwanddomänen im Film 29«

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Ein Stromimpuls In der Schleife 103 zieht einen positiven Bereich vom Hand 130 der Vorrichtung 100 zur Stelle 110, und ein Impuls auf dem Draht 104 bei 111 isoliert einen Teil des positiven Bereichs an der Stelle 110, wodurch dort eine magnetische Einwanddomäne erzeugt wird. Durch aufeinanderfolgende Beschickung der Drähte 104, 105 und 106 bzw. 111, 112 und 113 wird die magnetische Einwanddomäne entlang des gpeigten Verschlebungsregisters von der Stelle 110 zu mittleren Stellen 125 und 126 vorwärtsbewegt und endet schließlich an der Stelle 114. Bei der Stelle 114 bringt ein Löschimpuls im Draht 107 die magnetische Einwanddomäne sum Zusammenbruch, wodurch ein FeststellungBimpuls im Draht 108 indusiert wird.

Di· Terschitbungaregistervorrichtung wurde dazu erläutert, na die Typen von zusätzlichen fabrikationsprozessen su «•igen, dl· lii Verbindung alt der Orthof«rritschicht auf einem Substrat einer brauchbaren Vorrichtung erforderlich sind. Andere Vorrichtungetypen können ebenfalls stromführende Leiter «rfordern und ausätzlieh aagnetleche Schichten, halbleitende Schichten oder äußere optische Lichtquellen und andere Aufepürkomponenten verwenden. Der Draht 102 ist mit einer Initlalschaltung verbunden, die einen Impuls liefert, so daß dl· Domänen lsi film 29 umgeordnet werden, um deren Band auszubilden, wie es in der US-Patentschrift 3 460 116 beschrieben ist.

Bei einem anderen Versuch zur Herstellung der Schien« 101 können die stromführenden Leiter aus Metallfilmen bestehen, die durch Vakuumabscheidung abgelegt werden. Beispielsweise können Kupfer» Aluminium oder Gold verwendet werden. Das Leiterschema kann durch Maskierung während

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der Auf dampfung definiert werden, oder es kann auch, die geaamte Fläche beschichtet werden» worauf dann das Schema durch ein Fotoätzverfahren erzeugt wird, wie es in der Technik der Halbleiter allgemein bekannt ist. Ein Jeder der Leiter muß von den andermelektrisch isoliert sein, so daß .Isolierungsschichten, welche beispielsweise aus SlIiciummonoxid (SiO) oder Hagnesiumfluorid (MgF₂) fces*®b®a können, »wischen Metallauf dampfungen, wie sie oben tee-*· schrieben wurden, aufgedampft werden können. Auch hier kann der durch das isolierende Material bedeckte Bereich durch Maskierung während der Verdampfung beschränkt werden» oder ( es kann die gesamte Oberfläche beschichtet werden, worauf dann .durfeh. ein Fotoätzverfahren das gewünschte Schema erzeugt wird. Die Anzahl der gesonderten Verdampf ungsstiif en hängt von der Anzahl der Leiterkreuzungen und von der Koapliziertheit dea gewüaeehtda Leltereehemas uai der Ieolatorabsche!düngen ab.

Bei anderen Vorrichtungstypen, bei denen magnetische oder halbleitende Schichten auf der Oberfläche des Orthoferritfilas verwendet werden, können geeignete Schichten durch Vakuumaufdampfung oder durch chemische Dampfabscheidung | abgeschieden werden. In typischer Weise können magnetische Kickel/Eisen-Legierungesueammeneetzungen auf gewisse Bereiche der örthoferritschicht aufgedampft werden, um kleine lokale Felder zu erzeugen, welche die Festhaltung oder Bewegung der magnetischen Einwanddomänen unterstützen·

Es wird darauf hingewiesen, daß die in den Schichten 101 oder 101' gezeigten Drähte auch durch magnetische Einrichtungen ersetzt werden könnten, die mit dem Film oder

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mit den Filmen in Verbindung stehen, um magnetische Einwanddomänen zu erzeugen, fortzubewegen und/oder die Lage der erzeugten oder vorwärtebewegven magnetischen Einwanddoaänen festzustellen.

Es sollte auch darauf hingewiesen werden, daß der zusätzliche JiIm 29', der auf dem Substrat wie gezeigt oder in einer anderen beschriebenen Weise abgeschieden worden ist, eben-■ falls die Pseudopexovskitstruktur aufweist und monokristallin ist.

Wegen der M&gnetiBierungserforderniase wird eine Komponente des Films aus Eisen bestehen, während die verbleibende metallische Komponente aus ein oder mehreren der Elemente in Tabelle II besteht· Sie magnetischen Materialien oder Verbindungen der Filme 29 oder 29* werden eine erste Magnetisierungsrichtunc haben, die im wesentlichen orthogonal tu einer imaginären Xfeene verläuft, die parallel zur Dicke des genannten Films liegt, wobei mindestens eine magnetische Einwanddomäne mit einer zweiten Kagnetislerungsrlchtung entgegen der ersten Hagnetialerungsrichtung erzeugt wird, die entlang der genannten sweiten Magnetisierungsrichtung eine freie Grenze aufweist, wobei diese magnetische Einwanddomäne sich frei in den verschiedensten Richtungen im wesentlichen orthogonal zur zweiten Hagnetisierungsrichtung bewegen kann. Zumindest ein Bestandteil der Kombination JQ der Substratscheibe unterscheidet sich ▼on mindestens einem der Bestandteile der Kombination JQ des Films. Solche Unterschiede spannen den Film, was zu einer wesentlichen Verringerung der Fläche der auf diese Weise gebildeten magnetischen Domäne beiträgt. Die Fläche der Domäne ist auf Grund ihrer Erzeugungsweise orthogonal zur «weiten Magnetisierungsrichtung orientiert, wobei diese ^

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Fläche In der genannten imaginären Ebene liegt,

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Claims

Patentansprüche

1. Zusammengesetzte Struktur, welche ein monokristallines Substrat und einen ersten Film aus einem monokristallinem Material auf dem genannten monokristallinen Substrat aufweist, wobei der Film die Formel JQOx aufweist, worin der Bestandteil J des Films mindestens eines der folgenden Elemente ist: Cer, Praseodym, Neodym» Promethium, Samarium, Europium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium, Lutetium, Lanthan und Yttrium und wobei der Bestandteil Q des Films mindestens eines der folgenden Element· ist: Aluminium, Gallium, Indium, Scandium, Titan, Vanadium, Chrom, Hangan und Eisen, und wobei das Substrat die Formel JQ-Oxid aufweist, worin der Bestandteil J des Substrate mindestens ein Element der folgenden 1st: Cer» Praseodym, Neodym» Promethium, Samarium, Europium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium, Lutetium, Lanthan, Yttrium, Magnesium, Calcium, Strontium, Barium, Blei» Cadmium, Lithium, Natrium und Kalium und worin der Bestandteil Q des Substrats mindestens ein Element der folgenden ist: Indium, Gallium, Scandium, Titan, Vanadium, Chrom, Mangan, Rhodium, Zirconium, Hafnium, Molybdän, Wolfram, Niob und Tantal.

2. Zusammengesetzte Struktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Film aus YFeOx und das Substrat aus CaTiO^ besteht.

3* Zusammengesetzte Struktur nach Anspruch 1, welche sich für die Verwendung in Vorrichtungen eignet, bei denen magnetische Einwanddomänen verwendet werden, dadurch ge-

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kennzeichnet, daß der Bestandteil Q des Substrate mindeste»® eines der folgenden Elemente 1st: Indium, Gallium, Scandium, Titan, Vanadium, Chrom, Mangan, Rhodium, Zircon, Hafnium, Molybdän, Wolfram, Hlob, Tantal und Aluminium, wobei eine magnetische Einwanddomäne im Film vorliegt.

4. Zusammengesetzte Struktur nach Anspruch 3$ dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Einrichtung aufweist₉ die mit dem 711m zur Erzeugung einer Einwanddomäne in Verbindung steht, und daß sie weiterhin eine Einrichtung aufweist, die mit dem Film zur Abtastung dex Anwesenheit einer magnetischen Einwanddomäne in Verbindung steht·

5· Zusammengesetzte Struktur nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Einrichtung aufweist, die mit dem Film zur Fortbewegung einer magnetischen Einwanddomäne in Verbindung steht.

6· Zusammengesetzte Struktur nach einem der Anspruch· 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Film dünner als 25/* ist.

7. . Zusammengesetzte Struktur nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Filmdicke in der Größenordnung von 4,1 bis 6,6 JULliegt.

8. Zusammengesetzte Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 7i dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter monokristalliner Film auf dem Substrat angeordnet ist.

9. 'Zusammengesetzte Struktur nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich der erste Film auf einer

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Hauptoberfläche des Substrats befindet und daß sich der »weite Film auf einer anderen Hauptoberfläche des Substrats befindet.

10. Verfahren zur Herstellung einer Blesendomänenvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Einkristallsubstrat herstellt, einen eisenhaltigen Einkristallfilm auf dem Substrat herstellt, eine Komponente für die Erzeugung einer magnetischen Einwanddomäne im Film auf den Substrat abscheidet und eine Komponente zur Abtastung einer magnetischen Einwanddomäne im genannten Film auf dem Film abscheidet.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichseichnet, dafi man auf dem Film eine Komponente für die Vorwärtsbewegung einer magnetischen Einwanddomäne in den film herstellt.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Isolierungeeinrichtung zwischen der genannten Komponente zur Erzeugung einer magnetischen

und

Einwanddomäne/der Komponente zur Abtastung einer magnetischen Einwanddomäne Torsieht.

Verfahren nach Anepruch 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Film dadurch hergestellt wird, daß man mindestens eines von mehreren Hetallhalogeniden in die Reaktionskammer einführt, mindestens ein reagierendes Gas und mindestens ein Trägergas in die Reaktionskammer einführt, darin eine Reaktion mit den Metall halogeniden durchführt, wodurch aus den Halogeniden und Gasen Reaktionsprodukte gebildet werden, daß man eine Testprobe für die Auewahl des Orte des genannten

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Substrats innerhalb der Reaktionskammer einführt, daß man die Testprobe entnimmt, und daß man das Substrat in" die gewählte stelle für die Abscheidung zumindest eines . der Reaktionsprodukte auf dem genannten Substrat einführt, um darauf den genannten mikrokristallinen Film herzustellen.

Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Substrat die Formel. JQ-Oxid aufweist, worin der Bestandteil J des |

Substrats mindestens eines der folgenden Elemente ist; Cer, Praseodym, Neodym, Promethium, Samarium, Europium, Gadolinium, !Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium, Lutetium, Lanthan, Yttrium, Magnesium, Calcium, Strontium, Barium, Blei, Cadmium, Lithium, Natrium und Kalium, und worin der Bestandteil Q des Substrats mindestens eines der folgenden Elemente ist: Indium, Gallium, Scandium, !Titan, Vanadium, Chrom, Mangan, Rhodium, Zircon, Hafnium, Molybdän, Wolfram, Niob, !Tantal und Aluminium, und daß der Film die Pseudo-.perovskitstruktur mit dor Formel JQO, aufweist, worin der Bestandteil J des Films mindestens eines der folgenden EIe- | mente ist: Cer, Praseodym, Neodym Promethium, Samarium, Europium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium, Lutetium, Lanthan und Yttrium, und worin der Bestandteil Q des Filme an« dtr folgenden Gruppe ausgewählt ist: Eisen, Eisen und Aluminium, Eisen und Gallium, Eisen und Indium, Eisen und Scandium, Eisen und Titan, Eisen und Vanadium, Eisen und Chrom, und Eisen und Mangan. ·

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