DE2165296B2 - Verfahren zum Herstellen eines magnetischen Materials für Blasendomänenbauelemente - Google Patents
Verfahren zum Herstellen eines magnetischen Materials für BlasendomänenbauelementeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines magnetischen Materials für Blasendomänenbauelemente,
bei dem ein Eisengranat-Film mit negativer Magnetostriktionskonstante epitaktisch auf
einer Granat-Unterlage aufwachsen gelassen wird.
Magnetische Blasendomänen in einer Schicht aus magnetischem Material, wie z. B. Yttriumorthoferrit,
sind bekannt und werden in der USA.-Patentschrift 3 460 116 beschrieben.
Es wurde berbachtet, daß einige magnetische Materialien für Blasendomänenbauelemente aus Eisengranatfilm
und Unterlage Blaser.domänen haben, deren Magnetisierungsrichtu^en in der Ebene des
Films liegen, und zwar im Gegensarz zu den gewünschten Blasendomänen, deren Magnetisierungsrichtungen
sich senkrecht zu der Ebene des Films erstrecken.
Aus IBM Technical Disclosure Bulletin Vol. 13, Nr. 2 (Juli 1970), S. 517, sind Blasendomänenmaterialien
bekannt, die durch epitaktisches Abscheiden eines Eisengranats auf einer Granat-Unterlage entstehen.
Dort wird jedoch nichts über eine gezielte Nichtübereinstimmung der Gitterkonstanten des abgeschiedenen
Films und der Unterlage angegeben. Auch findet sich dort kein Hinweis, daß der abgeschiedene Film eine
negative Magnetostriktionskonstante haben soll.
In Applied Physics Letters, Vol. 17, Nr. 3 (August 1970), S. 131 bis 134, werden Erwägungen über die
Bedeutung von Magnetostriktionskonstante und Gitterabstand für die Verwendbarkeit von Eisengranaten
angestellt, doch geht die dort vermittelte Lehre im wesentlichen dahin, eine Magnetostriktionskonstante auszuschalten
und eine Nichtübereinstimmung der Gitter von Film und Unterlage zu vermeiden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines magnetischen Materials
für Blasendomänenbauelemente zur Verfügung zu stellen, bei dem ein Eisengranat-Film mit negativer
Magnetostriktionskonstante epitaktisch auf einer Granat-Unterlage aufwachsen gelassen wird, bei dem der
blasendomänenhaltige Film frei von Haarrissen und Krakelierungen ist und außerdem kleinere Blasendurchmesser
erzielt werden, als sie nach dem Stand der Technik unter Verwendung von Orthoferriten
u. dgl. erreicht wurden.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß für den Film ein Eisengranat verwendet
wird, dessen Gitterkonstante (bei Raumtemperatur) um mehr als etwa 0,035 Ä größer ist als diejenige der
Unterlage.
Durch die Erfindung wird erreicht, daß das so hergestellte
magnetische Material mit der definierten Nichtübereinstimmung der Gitterkonstanten von der
Unterlage und dem Film, der eine negative Magnetostriktionskonstante
hat, frei von Haarrissen und Krakelierungen in dem Film ist und auf Grund der
kleineren Blasendomänendurchmesser und der dadurch ermöglichten größeren Blasendomänendiclue
in dem Film kleinere Geräte bei äquivalenter Arbeitsleistung herstellbar sind.
Nach dem Verfahren der Erfindung wird die Herstellung des magnetischen Materials für Blasendomänenbauelemente
durch geeignete Einstellung der mechanischen Spannung in dem Film bewirkt.
Nach einem Beispiel für eine bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung wird durch chemisches Abscheiden aus der Dampfphase ein Film aus Gadoliniumeisengranat,
Gd3Fe5O12, mit einer (lll)-Orientierung
und mit negativer Magnetostriktionskonstante auf einer Unterlage aus Samariumgalliumgranat,
Sm3Ga5O12, aufwachsen gelassen. Die Gitterkonstante
des Films beträgt 12,471 Ä und ist um 0,035 Ä größer als die Gitterkonstante der Unterlage, die 12,436 A
beträgt.
Die Merkmale und Vorteile der Erfindung werden in der nachfolgenden Beschreibung ausführlicher erläutert,
in der eine bevorzugte Ausfünrungsform der Erfindung beschrieben wird.
Die Zeichung stellt ein nach dem Verfahren der Erfindung hergestelltes magnetisches Material für Blasendomänenbauelemente
aus Film und Unterlage dar.
Bei dem Aufwachsenlassen des Films auf einer Unterlage, beispielsweise unter Anwendung des Aufdampfverfahrens,
muß das einkristalline Filmmaterial eine geeignete kristallographische Orientierung haben,
um den Vorteil der negativen Magnetostriktion nutzen zu können.
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
(τ100, rni
< 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 Dehnungszustand ist (σ
> 0) und zu einer schweren Achse zu machen, wenn das Plättchen einer Kompression unterliegt (<5
< 0), worin T100 und T111 die Sättigungswerte der linearen Magnetostriktionskonstanten
entlang den <100>- und <111>Richtungen sind und d die Spannung in der Ebene des
Materials ist.
Die Magnetostriktionskonstanten bei Raumtemperatur von bestimmten Eisengranaten werden in der
nachfolgenden Tabelle angegeben.
| Eisengranat | Magnetostriktionskonstante | rill (· 10«) |
| TlOO (ΊΟ·) | - 8,5 | |
| Sm3Fe5O12 | +21 | - 3,1 |
| Gd3Fe6Oi2 | 0 | + 12 |
| Tb3Fe5O12 | - 3,3 | - 5,9 |
| Dy3Fe5O12 | -12,5 | - 4,0 |
| Ho3Fe5O12 | - 3,4 | - 4,9 |
| Er3Fe5O12 | + 2,0 | - 5,2 |
| Tm3Fe5O12 | + 1,4 | - 4,5 |
| Yb3Fe5O12 | + 1,4 | - 2,4 |
| Y3Fe5O12 | - 1,4 | - 1,7" |
| Y3GaO,e4Fe4,3oOl2 | - l,4b | - 2,4 |
| LlI3Fe5O12 | - 1,4 |
Einige dieser Eisengranatmaterialien, wie z. B. Tb3Fe5O1J. und Yb3Fe6O1O, haben sowohl eine negative
als auch eine positive Magnetostriktionskonstante. Bei Durchführung der Erfindung muß die kristallographische
Orientierung des Granats gewählt werden die den Vorfeil der negativen Magnetostriktionskonstanten
verschafft. In dem Fall von Tb3Fe5Ol2-Material
würde die Orientierung {100} sein. Bei einem Yb3Fe5O12-Material
würde die Orientierung {111} 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 solchen, in denen die Eisenioiien durch andere Kationen substituiert sind,
enthält.
Es ist davon auszugehen, daß, gleich ob ein Gemisch und/oder eine Substitution vorliegt oder nicht,
die Bedingung für die Blasendomänenbik'ung in dem Eisengranatmaterial, Η..\/4π Ms
> 1, worin Ha das uniaxiale Anisotropiefeld und ΑπΜΑ die Magnetisierung
ist, erfüllt sein muß.
Bei magnetischen Strukturen aus Oxidfilm und Unterlage, die durch chemisches Abscheiden aus der
Dampfphase 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 Unterlage zurückzuführen und kann in der Form von Dehnung oder Kompression vorliegen.
Wie in der Zeichnung veranschaulicht ist, wird ein dünner Film aus magnetischem Blasendomänenmaterial,
und zwar der Film 12, auf einer Oxidunterlage 10 chemisch aus der Dampfphase abgeschieden.
Der Film 12 kann auch nach Zerstäubungstechniken oder nach epitaxialen Abscheidungsverfahren aus
flüssiger Phase abgeschieden werden.
Die Unterlage 10 ist monokristalliner Granat mit einer Zusammensetzung J3Q5O12, worin der J-Bestandteil
wenigstens ein Element der aus Cer, Praseodym, Neodym, Promethium, Samarium, Europium, Gadolinium,
Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium, Lutetium, Lanthan, Yttrium,
Calcium und Wismut bestehenden Gruppe ist und der Q-Bestandteil 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
J3Q5O12, worin der J-Bestandteil wenigstens ein Element
der aus Cer, Praseodym, Neodym, Promethium, Samarium, Europium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium,
Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium, Lutetium, Lanthan und Yttrium bestehenden Gruppe enthält
und der Q-Bestandteil der aus Eisen, Eisen und Aluminium, Eisen und Gallium, Eisen und Indium,
Eisen und Scandium, Eisen und Titan, Eisen und Vanadin, Eisen und Chrom und Eisen und Mangan bestehenden
Gruppe entnommen ist.
Die Valenz des J-Bestandteils und die Valenz des Q-Bestandteils ergeben zusammen die gleiche Valenz
wie der Oxidbestandteil. Ein oevorzugtes Unterlagematerial
ist Samariumgalliumg.^.nat, wenn das Filmmaterial Gadoliniumeisengranat ist
Wenn erfindungsgemäß die Gitterkonstante des Films die Gitterkonstante der Unterlage um einen Betrag
größer als etwa 0,035 Ä überschreitet, ist der Film in einem Dehnungszustand und sind in dem Film
Blasendomänen enthalten. Wenn die Gitterkonstante
as des Films um einen Betrag von weniger als etwa
0,035 Ä größer 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 Films die schwere Magnetisierungsachse 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 Wänneausdehnung 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 · 10-e/°C ist. Ein bestimmter nichtübereinstimmender Betrag zwischen den Gitterkonstanten
(bei Raumtemperatur) des Films und der Unterlage und/oder den Kennwerten für die Wärmeaus-
dehnung ist zur Bildung der Spannung erforderlich, die die uniaxiale Anisotropie erzeugt, welche für die
Blasendomänenbildung notwendig ist. Wenn Film und Unterlage hinsichtlich sowohl der Gitterkonstanten als
auch der Wärmeausdehnung zu sehr übereinstimmen, wird die geeignete Spannung, die zur Blasendomänenbildung
erforderlich ist, nicht erreicht.
| Material | Film | Gitter- kon |
Material | Unterlage | Gitter- | Gitterkon | Blasen domänen |
Domänen in der Ebene |
Spannung | |
| Orien | stante") A |
Orien | Κ0Π- stante") A |
stante der | ||||||
| Bei spiel |
Gd3Fe5O12 | tie rung |
12,471 | Sm3Ga5Oi2 | tie rung |
12,436 | Unterlage- Gitterkon= stante des |
ja | nein | Dehnung |
| Nr. | Y3Gai,2Fe3i80i2 | (111) | 12,357 | Y3Al5O12 | (in) | 12,010 | Films") A |
ja | nein | Dehnung |
| 1 | Y3Gai i2Fe3i8Ui2 | (110) | 12,357 | Tb3Ga5O12 | (110) | 12,347 | -0,035 | nein | ja | Kom |
| 2 | (111) | (111) | -0,347 | pression | ||||||
| 3 | Y3GaI12Fe3-8On | 12,357 | Dy3Ga5O12 | 12,341 | -0,010 | nein | ja | Kom | ||
| (111) | (111) | pression | ||||||||
| 4 | ") Bei Raumtemperatrr. | -0,016 | ||||||||
| Hierzu 1 Blat | Zeichnungen | |||||||||
Claims (2)
1. Verfahren zum Herstellen eines magnetischen Materials für Blasendomänenbauelemente, bei dem
ein Eisengranat-Film mit negativer Magnetostriktionskonstante epitaktisch auf einer Granat-Unterlage
aufwachsen gelassen wird, dadurch gekennzeichnet, daß für den Film ein Eisengranat
verwendet wird, dessen Gitterkonstante (bei Raumtemperatur) um mehr als etwa 0,035 Ä
größer ist als diejenige der Unterlage.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Film aus Gadoliniumeisengranat
und die Unterlage aus Samariumga'.liumgranat besteht.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US10178770A | 1970-12-28 | 1970-12-28 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE2165296A1 DE2165296A1 (de) | 1972-07-13 |
| DE2165296B2 true DE2165296B2 (de) | 1974-01-31 |
| DE2165296C3 DE2165296C3 (de) | 1974-09-26 |
Family
ID=22286409
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE2165296A Expired DE2165296C3 (de) | 1970-12-28 | 1971-12-23 | Verfahren zum Herstellen eines magnetischen Materials für Blasendomänenbauelemente |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US3788896A (de) |
| CA (1) | CA921775A (de) |
| DE (1) | DE2165296C3 (de) |
| FR (1) | FR2121046A5 (de) |
| GB (1) | GB1367121A (de) |
| NL (1) | NL7115050A (de) |
Families Citing this family (4)
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|---|---|---|---|---|
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| NL7606482A (nl) * | 1976-06-16 | 1977-12-20 | Philips Nv | Eenkristzl van calcium-gallium-germanium granaat, alsmede substraat vervaardigd van een dergelijk eenkristzl met een epitaxiaal opgegroeide beldo- meinfilm. |
| NL7607959A (nl) * | 1976-07-19 | 1978-01-23 | Philips Nv | Magnetisch beldomein materiaal. |
| DE3234853A1 (de) * | 1982-09-21 | 1984-03-22 | Philips Patentverwaltung Gmbh, 2000 Hamburg | Scheibenresonator mit einem substrat aus einem granatmaterial und mit einer auf dem substrat angebrachten epitaxialen schicht aus einem ferrimagnetischen granatmaterial |
-
1970
- 1970-12-28 US US00101787A patent/US3788896A/en not_active Expired - Lifetime
-
1971
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- 1971-11-02 NL NL7115050A patent/NL7115050A/xx active Search and Examination
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- 1971-12-23 DE DE2165296A patent/DE2165296C3/de not_active Expired
- 1971-12-28 FR FR7147180A patent/FR2121046A5/fr not_active Expired
Also Published As
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| CA921775A (en) | 1973-02-27 |
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| GB1367121A (en) | 1974-09-18 |
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|---|---|---|---|
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