DE2063211C3 - Schichtkörper mit je einem einkristallinen, magnetischen Film auf wenigstens einer Seite eines elektrisch isolierenden, einkristallinen Substrats - Google Patents
Schichtkörper mit je einem einkristallinen, magnetischen Film auf wenigstens einer Seite eines elektrisch isolierenden, einkristallinen SubstratsInfo
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Description
Das gegenwärtige Interesse an Orthoferriteinkristallen hat seinen Grund darin, daß man in dünnen m
Schichten mit der richtigen kristallografischen Orientierung bewegliche Einwandbereiche oder magnetische
Blasenbereiche herstellen kann, wie es in dem Aufsatz »Properties and Device Applications of Magnetic
Domains in Orthoferrite« von A. H. B ο b e c k, r.
veröffentlicht in Bell System Technical Journal, Bd. 46, S. 1901 (1967), beschrieben ist. Diese Bereiche können
durch magnetische Felder beeinflußt werden, so daß sie logische und Speicherfunktionen erfüllen, wie es in der
US- Patentschrift 34 60 116 beschrieben ist.
Große Orthoferritkristalle sind bereits aus Lösungen
gezogen worden, und zwar entweder durch eine Schmelzflußtechnik, wie es in der US-Patentschrift
30 79 240 beschrieben ist, oder durch eine hydrothermische Technik, wie es in dem Aufsatz »The Hydrother- -n
man Growth of Rare Earth Orthoferrite« von E. D. KoIb, D. L Wood und R. A. Laudise, veröffentlicht im Journal of Applied Physics, Bd. 39, S. 1362 (1968),
beschrieben ist. Beide Züchtungsmethoden ergeben jedoch leicht Kristalle mit Lösungsmitteleinschlüssen v>
oder Poren, wie dies durch die Autoren dieser Veröffentlichungen festgestellt wird.
Schichten oder Filme aus polykristallinen magnetisierbaren Metallen, welche dem Einfluß von Magneten
ausgesetzt werden können, um magnetische Bereiche zu r> erzeugen, sind in der US-Patentschrift 29 19 432
beschrieben. In dieser Patentschrift ist speziell ein Dünnschichtbereich-Wandschieberegister beschrieben,
bei dem ein umgekehrt magnetisierter Bereich, der durch vordere und rückwärtige Bereichswandungen wi
umgeben ist, an einer Anfangsstelle in der Schicht erzeugt und entlang einer ersten Achse in der Schicht
durch ein entlanglaufendes mehrphasiges Verschiebefeld vorwärts getrieben wird. Eine solche Bereichswandvorrichtung ist gewöhnlich durch eine anisotrope hr>
magnetische Schicht gekennzeichnet, bei welcher die Fortbewegung eines umgekehrten Bereichs entweder
entlang der leichten oder der schweren Achse erfolgt
und die Bereichswandungen, die den umgekehrten
Bereich begrenzen, sich bis zum Rand der Schicht in einer Richtung orthogonal zu der Fortbewegungsachse
erstrecken. Sofern die Wandungen des Bereichs durch die Ränder der Schicht gebildet werden, wird die
Fortbewegung dieser Bereiche auf eine der Achsen entlang der Querrichtung der Schicht beschränkt
In der US-Patentschrift 34 60 116 ist gezeigt, daß ein
umgekehrt magnetisierter Bereich durch einen Einwandbereich umgeben werden kann. Ein solcher
Bereich unterscheidet sich von dem umgekehrten Bereich, der gemäß der US-Patentschrift 2919 432
fortbewegt wird, dadurch, daß der Einwandbereich, welcher den ersteren umgibt, eine Querschnittsform
aufweist, die von der Breite der Schicht abhängig ist, mit
anderen Worten heißt das, daß sie nicht durch den Rand der Schicht begrenzt ist Diese Bereiche werden als
Einwandbereiche bezeichnet
Der Hauptnachteil der Schichten der US-Patentschriften 29 19 432 und 34 60 116 besteht darin, daß bei
der ersteren ein anisotroper Film oder eine anisotrope Schicht aus einem Material verwendet wird, welches
streifige oder fingerartige Bereiche im wesentlichen über die gesamte Breite oder Länge der Schicht ergibt
während im letzteren Fall keine Substratscheibe verwendet wird, um einen Halt für die Materialschicht
zu schaffen, wodurch die Herstellung von sehr dünnenSchichten, wie z. B. mit einer Dicke unter 250 000
A, verhindert wird, welche bei Anwendungen mit einer hohen Bereichsdichte Vorteile besitzt
Das Hauptpatent betrifft einen Schichtkörper mit je einem einkristallinen, magnetischen Film auf wenigstens
einer Seite eines elektrisch isolierenden, einkristallinen Substrats, der dadurch gekennzeichnet ist, daß der Film
aus einem Orthoferriteinkristall der Formel JQO3 besteht, worin J mindestens eines der Elemente Cer,
Praseodym, Neodym, Promethium, Samarium, Europium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium,
Erbium, Thulium, Ytterbium, Lutetium, Lanthan und Yttrium und worin Q mindestens eines der Elemente
Aluminium, Gallium, Indium, Scandium, Titan, Vanadin, Chrom. Mangan und Eisen bedeutet und wobei das
Substrat aus einem Oxid der Formel J1Q/)* besteht,
worin J mindestens eines der Elemente 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 Q mindestens eines der Elemente Indium, Gallium, Scandium, Titan, Vanadium,
Chrom, Mangan, Rhodium, Zirkon, Hafnium, Molybdän, Wolfram, Niob, Tantal und Aluminium bedeutet.
Die Erfindung betrifft eine weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptpatentes. Gegenstand der
Erfindung ist ein Schichtkörper mit je einem einkristallinen, magnetischen Film auf wenigstens einer Seite eines
elektrisch isolierenden, einkristallinen Substrats, bei dem der Film aus einem JQ-Oxid besteht, wobei J gleich
mindestens eines der Elemente Cer, Praseodym, Neodym, Promethium, Samarium, Europium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium,
Ytterbium, Lutetium, Lanthan und Yttrium ist, und wobei Q Eisen und Aluminium, Eisen und Gallium, Eisen
und Indium, Eisen und Scandium, Eisen und Titan, Eisen und Vanadium, Eisen und Chrom oder Eisen und
Mangan ist, nach Patent 20 62 058, der dadurch gekennzeichnet ist, daß der JQ-Oxid vom Granat-Typ
ist und das Substrat aus GdjGasO^ besteht.
Der Film gemäß DE-PS 2062 058 besteht aus Orthoferrit-Einkristallen der Formel JQO3, während der
hier beanspruchte Film ein JQ-Oxid vom Granat-Typ ist und das Substrat aus Gd3Ga5Oi2 besteht
Aus IEE-Transaction on Magnetics, Vol. MAG-5, Nr. 4, Dezember 1969, S. 717-727, sind Film/Substratkombinationen
bekannt die Filme mit der allgemeinen Zusammensetzung J3QsOu einschließen, doch ist der
Q-Bestandteil bei diesen Filmen nur Eisen allein. Dagegen ist erfindungsgemäß der Q-Bestandteil eine iu
Kombination von zwei Elementen aus Eisen und einem weiteren Element Dieser Unterschied ist deswegen
signifikant, weil ein Granatfilm, bei dem Q nur Eisen ist
eine zu hohe Magnetisierung besitzt als daß normale magnetische Blasenbereiche getragen werden können.
Wenn man aber einen Teil des Eisens durch andere Elemente ersetzt, indem man als Q eine Kombination
aus Eisen und mindestens einem weiteren Element nimmt dann kann die Magnetisierung des Granats bis
zu einem Wert vermindert werden, bei dem der Granatfilm normale magnetische Blasendomänen tragen
kann. Der Unterschied zwischen Filmen, bei denen Q Eisen allein ist und bei denen Q Eisen und ein weiteres
Element ist ist somit für die bestimmungsgemäße Verwendung signifikant
Die F i g. 1 zeigt einen T-förmigen Reaktor 10 für die
Verwendung zur Abscheidung eines Films.
F i g. 2 erläutert eine Hilfskammer, die mit dem Eintritt des Vormischrohres 36 verbunden werden kann.
Der Reaktor ist für verhältnismäßig hohe Temperaturen gebaut um beispielsweise die niedrige Flüchtigkeit
von Materialien, die Quellen für Metallhalogenide darstellen, zu berücksichtigen. Der T-förmige Reaktor
besitzt eine horizontale Kammer 20 und eine vertikale Kammer 30. Um die horizontale Kammer herum ist ein r>
Heizer 21 für die Reaktionszone vorgesehen. Um die vertikale Kammer sind einzelne Heizer 31, 32 und 33
angeordnet um die Temperaturen der Ausgangsmaterialien zu regeln. In der vertikalen Kammer sind
Schmelztiegel 34 und 35 für die Aufnahme der Ausgangsmaterialien eingeschlossen. Diese Schmelztiegel
sind in ein Vormischrohr 36 eingeführt, sind in der richtigen Lage angebracht, werden dort gehalten und
sind in das Vormischrohr 36 eingeschlossen. Ein Rohr 37 besitzt eine Eintrittsöffnung für die Einführung von v>
HCl-Gas, welches den Transport des Ausgar.gsmaterials im Tiegel 34 unterstützt, so daß das Ausgangsmaterial in
Gasform zur Reaktionskammer 20 transportiert wird. Das Rohr 37 wird auch dazu verwendet, den Tiegel 34
im Vormischrohr 36 zu heben oder zu senken. Die Lage r>o
des Tiegels 35 im Vormischrohr kann durch einen Haltestab 38 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 Vormischrohr heraus erstrecken, kann vertikal nach Wunsch innerh?lb 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 Ausgangsmaterials 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 Reaktionskammer 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 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 jedes Metallhalogenid entsteht Nachdem ein jeder
Heizer die gewünschte Temperatur erreicht hat, wird das Vormischrohr 36, 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 Vormischrohres in die horizontale Reaktionskammer 20 geführt werden. Hierauf wird Sauerstoff aus dem
Eintritt 22 der Kammer 20 mit den Metallhalogeniddämpfen
oberhalb der Substratkristalloberfläche in Reaktion gebracht, um darauf die gewünschte Verbindung
herzustellen.
Eine Granatfilmzusammensetzung mit drei Metallen ist in der folgenden Tabelle angegeben. Eine typische
Reaktion, welche einen solchen Film ergibt, kann durch die folgende Formel dargestellt werden:
6YC!., + 5GaCI., 4- 5FcCI2 + !2O2 - -» 2Y.,Ga,..,Fc2.5O12 + ~ Cl2
Der erzeugte Granatfilm ergibt bei der obigen Prüfung eine gelbgrüne Abscheidung auf dem Material
der Testprobe.
Wenn ein dritter Metallbestandteil in den wachsenden Film eingearbeitet werden soll, dann muß ein
wasserfreier Halogeniddampf dieses Metallbestandteils den Dämpfen in der Vormischkammer 36 zugeführt
werden. Die Lage des Behälters für dieses Metallhalogenid hängt von der Temperatur ab, die erforderlich ist,
um einen ausreichenden Dampfdruck zu erzeugen.
Wenn es eine höhere Temperatur als jedes der beiden anderen Metallhalogenide erfjrdert, dann kann ein
zusätzlicher Schmelztiegel überhalb der Stelle 34 (nicht gezeigt) angeordnet werden, und die Temperaturen der
Heizer 31 und 32 können dann entsprechend eingestellt werden. Wenn es bei einer Temperatur verdampft, die
sehr nahe bei der Verdampfungstemperatur eines der anderen Bestandteile liegt, dann kann es in einen
benachbarten Schmelztiegel (nicht gezeigt) angeordnet werden, oder es kann im richtigen Zusammensetzung-
verhältnis einem der Bestandteile in einem der Tiegel 34 oder 35 zugegeben werden. Wenn das Metallhalogenid
bei einer Temperatur zwischen der Verdampfungstemperatur der beiden anderen Bestandteile verdampft,
dann kann ein zusätzlicher Tiegel (nicht gezeigt) zwischen den Tiegeln 34 und 35 angeordnet werden.
Wenn das Metallhalogenid bei einer Temperatur unterhalb der Temperatur des unteren Tiegels verdampft,
dam kann ein zusätzlicher Tiegel (nicht gezeigt) im Rohr 36 aber unterhalb des Tiegels 35 angeordnet
werden. Wenn das Material bei einer so niedrigen Temperatur verdampft, daß jede Stelle innerhalb des
vertikalen Teils der T-förmigen Reaktionskammer zu hoch ist, dann kann das Material außerhalb der
Reaktionskammer 30 auf eine mäßige Temperatur erhitzt werden. Um eine solche Erhitzung eines
Metal'halogenidmaterials außerhalb der Reaktionskammer
30 zu bewerkstelligen, wird der Eintritt 50 von F i g. 1 mit dem Austrittsrohr 54 der Kammer 51 von
F i g. 2 verbunden. In der Kammer 51 wird ein Material 55 verwendet. Wenn das Material 55 in der Kammer 51
aus GaCb besteht, dann besitzt dieses Material bei jeder im Vormischrohr 36 vorkommenden Temperatur einen
zu hohen Dampfdruck. Deshalb wird die äußere Kammer 51 kurz unterhalb der Reaktionskammer 30
angeordnet. Die Kammer 51 wird durch einen Ofen 52 unabhängig erhitzt. Trockenes Chlorwasserstoffgas
wird durch den Eintritt 53 eingeführt und trägt die Galliumchloriddämpfe durch das Austrittsrohr 54 und in
den Eintritt 50 des vertikalen Teils der T-förmigen Reaktionskammer. Hierauf mischen sich die Galliumchloriddämpfe
mit den Dämpfen der anderen Metallhalogenide und mit dem Trägergas, welche im Vormischrohr
36 anwesend sind. Die gemischten Halogenide treten dann durch die öffnung 40 aus und reagieren im
horizontalen Teil der Reaktionskammer mit Sauerstoff.
Materialien und Bedingungen
Zusammensetzung
Filmmaterial Y1Ga215Fe25
Substratmatcnal Gd3Ga^O12
Substrattemperaturen in "C 1175
i„ Vertikale Heliumströmungsge- 9,5
schwindigkeit in l/min
Horizontale Heliumströmungsge- 3,8 schwindigkeit in l/min
ChlorwasserstofTströmungsge- 282
schwindigkeit in ml/min Vertikale Chlorwasserstofiströ- 123
mungsgeschwindigkeit in ml/min SauerstofTströmungsgeschwindig- 32 keit in ml/min
Transportgeschwindigkeit des 1,45
GdCl3 oder YCl3 in g/h
Transportgeschwindigkeit des FeCl2 18,0 in g/h
Transportgeschwindigkeit des FeCl2 18,0 in g/h
Strömungsgeschwindigkeit des 1,95 GaCl3 in g/h
Filmdicke in μΐη 3,0
Versuchsdauer in min 20
J0 Ausscheidungsgeschwindigkeit in 9,0 μιτι/h
Kristallografische Orientierung (100) des Films
Kristallografische Orientierung des (100) Substrats
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Schichtkörper mit je einem einkristallinen, magnetischen Film auf wenigstens einer Seite eines r>
elektrisch isolierenden, einkristallinen Substrats, bei
dem der Film aus einem JQ-Oxid besteht, wobei J gleich mindestens eines der Elemente Cer, Praseodym, Neodym, Promethium, Samarium, Europium,
Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbi- ι ο um, Thulium, Ytterbium, Lutetium, Lanthan und
Yttrium ist, und wobei Q Eisen und Aluminium, Eisen und Gallium, Eisen und Indium, Eisen und Scandium,
Eisen und Titan, Eisen und Vanadium, Eisen und Chrom oder Eisen und Mangan ist, nach Patent r>
20 62 058.3 dadurch gekennzeichnet, daß das JQ-Oxid vom Granat-Typ ist und das Substrat
aus Gd3Gc5O12 besteht
2. Schichtkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Film aus YaGa^Fe^O^
besteht
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8340 | Patent of addition ceased/non-payment of fee of main patent |