DE2165296A1

DE2165296A1 - Verfahren zur Bildung von Blasendomänen in magnetischen Strukturen aus Film und Unterlage

Info

Publication number: DE2165296A1
Application number: DE19712165296
Authority: DE
Inventors: Paul Jerome Mission Viejo; Mett Jack Everett Anaheim; Calif. Besser (V.St.A.). P
Original assignee: North American Rockwell Corp
Current assignee: Boeing North American Inc
Priority date: 1970-12-28
Filing date: 1971-12-23
Publication date: 1972-07-13
Also published as: DE2165296B2; CA921775A; DE2165296C3; NL7115050A; FR2121046A5; GB1367121A; US3788896A

Description

North American Rockwell Corporation,El Segundo, California^.St «Α.

Verfahren zur Bildung von Blasendomänen in magnetischen Strukturen

aus Film und Unterlage

Die Erfindung bezieht sich auf Blasendomänen und betrifft im spezielleren ein Verfahren zur Bildung eines Films der Blasendomänen enthält.

Magnetische Blasendomänen in einer Schicht aus magnfcischem Material, wie z.B. Yttriumorthoferrit, sind bekannt md werden in der USA-Patentschrift 5 460 116 beschrieben. Magntische Blasendomänen in zusammengesetzten Strukturen mit eiern dünnen Film aus einem einkristallinen Eisengranat auf einer)xidunterläge v/erden in der deutschen Patentanmeldung P 20 63> 11.5 beschrieben. Auf diese Anmeldung wird hier Bezug genommn.

Es wurde beobachtet, dass einige Strukturen aus Eisenganatfilm und Unterlage Domänen haben, deren Magnetisierungsrichangen in der Ebene des Films liegen, und zwar im Gegensatz zu dii gewünschten Blasendomänen, deren Magnetisierungsrichtungen sichsenkrecht

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zu der Ebene des Films befinden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Bildung einer Struktur aus einkristallinem Eisengranatfilm und Unterlage zur Verfugung zustellen, die Blasendomänen enthält.

Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung durch ein Verfahren gelöst, bei dem die uniaxiale Anisotropie, die für eine Blasendomänenbildung in einer Struktur aus Film und Unterlage er for der lieh ist, durch geeignete Einstellung der mechanischen Spannung, die in dem Film bei Raumtemperatur vorhanden ist, bewirkt wird. Zu einer speziellen Stufe des Verfahrens der Erfindung gehört das Abscheiden eines einkristallinen Granatfilms mit der geeigneten kristal-Hographisehen Orientierung und mit einer negativen Magnetostriktions konstanten auf einer Unterlage, wobei die Gitterkonstante (bei Raumtemperatur) des Films grosser ist als die Gitterkonstante (bei Raumtemperatur) der Unterlage, und zwar um einen Betrag grosser als 0,035 #.

Nach einem Beispiel für eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird durch chemisches Dampfabscheiden ein Film aus Gadoliniumeisengranat, ßd Ga₁-O₁₂J mit einer (ill)-Orientierung und mit einer negativen Magnetostriktionskonstanten auf einer Unterlage aus Samariumgalliumgranat, SrrwGa_0,₂, abgeschieden. Die Gitterkonstante des Films beträgt 12,471 R und ist um 0,0^5 S grosser als die Gitterkonstante der Unterlage, die 12,4356 8 beträgt.

Die Merkmale und Vorteile der Erfindung sind aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung ersichtlich, in der eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung erläutert wird.

Die Zeichnung stellt eine nach dem Verfahren der Erfindung hergestellte magnetische Blasendomänenstruktur aus Film und Unterlage dar.

Nach der Erfindung wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem ein

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einkristallines Eisengranatmaterial nach, dem chemischen Dampfabscheidungsverfahren unter Bildung eines Films auf einer Unterlage abgeschieden wird. Es ist erforderlich, dass das einkristalline Material eine geeignete kristallographische Orientierung hat, um den Vorteil der negativen Magnetostriktion nutzen zu

können. Ausserdem ist die Raumgitterkonstante des abgeschiedenen Films grosser alsdie Raumgitterkonstante der Unterlage, und zwar um einen Betrag grosser als etwa 0,035 A. Die erhaltene Struktur aus Film und Unterlage weist einen haarriss- bzw. kraquelierungsfreien Film mit darin enthaltenen Blasendomänen auf.

Im allgemeinen ist die normale Quelle für uniaxiale Anisotropie, die bei magnetischen Stoffen beobachtet wird, die Kristallstruktur des Materials. Wenn die Einkristallplättchen mit negativer Magnetostriktionskonstanten ( /^~iqq> 7^111 ^⁰) ^einer Spannung unterliegen, neigt die entsprechende Magnetostriktion dazu, die Senkrechte zu der Ebene des Plättchens zu einer leichten" Magnetisierungsachse zu machen, wenn das Plättchen im Dehungszustand ist ( tf* ^O ) und zu einer schweren Achse zu machen, wenn das Plättchen einer Kompression unterliegt ( σ ^ 0), worin und ^- die Sättigungswerte der linearen Magnetostriktionskonstanten entlang den O-0c£> - und ^111^· -Richtungen sind und die Spannung in der Ebene des Materials ist.

Die Magnetostriktionskonstanten bei Raumtemperatur von bestimmten Eisengranaten werden in der nachfolgenden Tabelle angegeben.

Eisengranat Magnetostriktionskonstante

Gd₃Fe₅O₁₂

₅₅
Dy₃Fe₅O₁₂ Ho₃Fe₅O₁₂ Er₃Fe₅O₁₂

Yb₃Fe₅O₁₂

TVLOO(X 10^b)	5^11(X 10^b)
+21	-8,5
0	-3,1
-3,3	+12
-12,5	-5,9
-3,4	-4,0
+2,0	-4,9
+1,4	-5,2
V +1,4	-4,5

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₃₅
^Y3^Ga0,64^P%36°12

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Eisengranat Magnetostriktionskonstante

^ IQQ(X io^b)

-1,4 . -2,4 -1,4 -2,4

Einige dieser Eisengranatmaterialien, wie z.B. Tb^Fe₁-O₁₂ Yb^Fe(-0_l2, haben sowohl eine negative als aucheine positive Magnetostriktionskonstante. Bei Durchführung der Erfindung muss die kristallographische Orientierung des Granats gewählt werden, die den Vorteil der negativen Magnetostriktionskonstanten verschafft. In dem Fall von Tb-^Fe₁-O_{1 o}- Material würde die Orientierung 100 l· sein. Bei einem Yb-,Fep-0₁₂-Material würde die Orientierung

sein.

Die Werte für die Magnetostriktionskonstanten des Eisengranatmaterials sowie auch dessen Magnetisierung können durch Abscheiden eines Films geändert werden, der ein Gemisch von zwei oder mehreren reinen Eisengranaten und/oder solche, in denen die Eisenionen durch andere Kationen substituiert sind, enthält.

t und/

Es ist davon auszugehen, dass, gleich ob ein Gemisch/öder eine Substitution vorliegt oder nicht vorliegt, die Bedingung für die Blasendomänenbildung in dem Eisengranatmaterial, H_A/4 T^^-H₃ ^- 1,

worin H. das uniaxiale Anisotropiefeld und 4 ^*M_g die Magnetisierung ist, erfüllt sein muss.

Bei magnetischen Strukturen aus Oxidfilm und Unterlage,die durch chemisches Dampfabscheiden gebildet worden sind, ist die vorherrschende Quelle für die uniaxiale Anisotropie der magnetostriktive Effekt, der von der in dem Film vorliegenden Spannung herrührt. Diese Spannung ist auf den Unterschied zwischen den Gitterkonstanten und den Wärmeausdehnungskoeffizienten des Films und der Unter-

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lage zurückzuführen und kann in der Form von Dehnung oder Kompression vorliegen.

Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zur Bildung einer Blasendomänenstruktur durch Abscheiden eines einkristallinen Granatfilms mit der geeigneten Orientierung und mit einer negativen Magnetostriktionskonstanten auf einer Unterlage, wobei sich der Film in einem Dehnungszustand befindet.

Eine andere schwebende deutsche Patentanmeldung betrifft ein Verfahren zur Bildung einer Blasendomänenstruktur durch Abscheiden eines magnetischen einkristallinen Granatfilms mit der geeigneten Orientierung und mit einer positiven Magnetostriktionskonstanten auf einer Unterlage, wobei sich der Film in einem Kompressionszustand befindet.

Eine weitere schwebende deutsche Patentanmeldung betrifft ein zweites \6rfahren zur Bildung einer Blasendomänenstruktur durch Abscheiden eines magnetischen einkristallinen Granatfilms mit der geeigneten Orientierung und mit einer negativen Magnetostriktionskonstanten auf einer Unterlage, wobei sich der Film in einem Dehnungszustand befindet.

Wie in der Zeichnung veranschaulicht ist, wird eine Oxidunterlage 10 zur Ausbildung eines dünnen Films aus magnetischem Blasendomänenmaterial, und zwar der Film 12, einer chemischen Dampfabscheidungsverfahrensstufe unterworfen. Diese Verfahrensstufe zur Abscheidung des Films wird nach der deutschen Patentanmeldung P 20 28 082.4, angemeldet am 8. Juni 1970, vorgenommen. Auf diese Anmeldung wird hier Bezug genommen. Der Film 12 kann nach Zerotäubungstechniken oder nach epitaxialen Abseheidungsverfahren aus flüssiger Phase abgeschieden werden.

Die Unterlage 10 ist monokristalliner Granat mit einer Zusammenaßbzung JvQr⁰IO' ^worin der J-Bestandteil der Plattenzusammensetzung v/enigstens ein Element der aus Cer, Praseodym, Neodym, Promethium, .'jamarium, Europium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium,

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Erbium, Thulium, Ytterbium, Lutetium, Lanthan, Yttrium, Calcium und bismut bestehenden Gruppe ist und der Q-Bestandteil der Plattenzusammensetzung wenigstens ein Element der aus Indium, Gallium, Scandium, Titan, Vanadin, Chrom, Mangan, Rhodium, Zirkonium, Hafnium, Molybdän, Wolfram, Niob, Tantal, Aluminium, Phosphor, Arsen und Antimon bestehenden Gruppe ist.

Beispiele für Unterlagematerialien sind Samariumgalliumgranat und Yttriumaluminiumgranat.

^ Ein Film aus dem Blasendomänenmaterial ist ein einkristalliner Granatfilm mit der Zusammensetzung J^Q₁-O , worin der J-Bestandteil der Filmzusammensetzung wenigstens ein Element der aus Cer_T Praseodym, Neodym, Promethium, Samarium, Europium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium, Lutetium, Lanthan und Yttrium bestehenden Gruppe enthält und der Q-Bestandteil der Filmzusammensetzung der aus Eisen, Eisen und Aluminium, Eisen und Gallium, Eisen und Indium, Eisen und Scandium, Eisen und Titan, Eisen und Vanain, Eisen und Chrom und Hsen undMangan bestehenden Gruppe entnommen ist.

Die Valenz des J-BestandteiIs und die Valenz des Q-Bestandteils ergeben zusammen die gleiche Valenz wie der Oxidbestandteil. Ein bevorzugtes Unterlagematerial ist Samariumgalliumgranat, wenn das Filmmaterial Gadoliniumeisengraifb ist.

Nach der Erfindung wird ein Eisengranatfilm mit der geeigneten Orientierung und mit einer negativen Magnetostriktiomskonstanten auf einer Granatunterlage abgeschieden, wobeidie Gitterkonstante (bei Raumtemperatur) des Films grosser ist als die Gitterkonstante (bei Raumtemperatur) der Unterlage, und zwar um einen Betrag grosser als etwa 0,035 S. Wenn die Gitterkonstante des Films die Gitterkonstante der Unterlage um einen Betrag grosser als etwa 0,035 8 überschreitet, ist der Film in einem Dehnungszustand und sind in dem Film Blasendomänen enthalten. Wenn die Gitterkonstante des Films um einen Betrag von weniger als etwa 0,035 A

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grosser ist als die Gitterkonstante der Unterlage, befindet sich der Film in einem Kompressionszustand und sind keine Blasendomänen vorhanden, weil die Senkrechte zu der Ebene des Filmsdie schwere Magnetieierungsachse ist und die Domänenmagnetisierungen in der Ebene liegen.

Wie oben erörtert ist, ist die Differenz zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten von dem Film und der Unterlage für die gesamte in dem Film vorhandene Spannung verantwortlich. Die durch Warmeausdehnung bedingte Spannung liegt innerhalb annehmbarer Grenzen, solange der Wärmeausdehnungskoeffizient der- Unterlage gleich dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Films ist oder kleiner als der Wärmeausdehnungskoeffizient des Films um einen Betrag von nicht mehr als 1 χ 10~" /⁰C ist. Ein bestimmter nichtübereinstimmender Betrag zwischen den Gitterkonstanten (bei Raumtemperatur) des Films und der Unterlage und/oder den Kennwerten für die Wärmeausdehnung ist zu Bildung der Spannung erforderlich, die die uniaxiale Anisotropie erzeugt, welche für die Blasendomänenbildung notweidLg ist. Wenn Film und Unterlage hinsichtlich sowohl der G otter konstanten als auch der Warmeausdehnung zu sehr übereinstimmen, wird die geeignete Spannung, die zur Blasendomänenbildung erforderlich ist, nicht erreicht.

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Tabelle

ο ro rc

Beispiel

Nr. Material

Film

Orientierung

Gitterkonstan te Ύ

Unterlage

Mate- Orien- Gitterrial tierung konstante^

Gitterkonstante

der Unter- Blasenlage - domänen Gitterkonstante
des Films A

Domänen Spanin der nung Ebene

1	Gd₃Fe₅O	12	(111)	12,471	Sm₃Ga₅O₁₂	(111)	12,436	-0,035	Ja	nein	Dehnung
2	Y-JSaFe,, 1 2	,8°12	(110)	12,357	Y₃Al₅O₁₂	(no)	12,010	-0,347	Ja	nein	Dehnung
3	Y GaFe₃	,8°12	(111)	12,357	Tb₃Ga₅O₁₂	(in)	12,347	-0,010	nein	Ja	Kompres sion Q₀
4	Y₃GaFe₃	,8°12	(111)	12,357	Dy₃Ga₅O₁₂	(111)	12,341	-0,016	nein	Ja	Kompres sion

a Bei Raumtemperatur

Claims

Patentansprüche :

1. Verfahren zur Bildung einer blasendomänenhaltigen Struktur aus Film und Unterlage, dadurch gekennzeichnet, dass ein magnetischer Film aus einem einkristallinen Material mit der geeigneten kristallographischen Orientierung und mit einer negativen Magnetostriktionskonstanten auf einer Unterlage abgeschieden wird, wobei der magnetische Film eine Gitterkonetante (bei Raumtemperatur) hat, die grosser als die Gitterkonstante (bei Raumtemperatur) der Unterlage ist, und zwar um einen Betrag grosser als etwa 0,035 a.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Film nach einer chemischen Dampfabscheidungstechnik abgeschieden wird.

5. Verfahren nach Anspruch l,oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Film aus Eisengranat besteht.

4. Verfahren nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, dass der Film aus Gadoliniumeisengranat besteht.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterlage aus Samariumgalliumgranat besteht.

Dr.Ve./Br.

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JlO

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