DE2165296C3 - 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 Magaetostriktionskonstante 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 beobachtet, daß einige magnetische Materialien für Blasendomänenbauelemente aus Eisengranatfilm
und Unterlage Blasendomänen haben, deren Magnetisierungsrichtungen in der Ebene des
Films liegen, und zwar im Gegensatz zu den gewünschten Blasendomänen, deren Magnetisierungsrichtungen
sich senkrecht zu der Ebene des Films erstrecken.
Aus IBM Technical Disclo- ure 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. so
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
Magnetostriktionskonstiinte epitaktisch auf einer Granat-Unterlage
aufwachsen gelassen wird, bei dem der blasendomänenhaltige Film frei von Haarrissen und
Krakelierungen ist und außerdem kleinere Blasendufchmesser 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 A 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 Blasendomänendichte 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, Gd3Fe5O1Js, mit einer (lll)-Orientierung
und mit negativer Magnetostriktionskonstante auf einer Unterlage aus SamariumgalJiumgranat,
Sm3Ga5O12, aufwachsen gelassen. Die Gitterkonstante
des Films beträgt 12,471 A und ist um Ü.O35 A 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 Ausführungsform 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 «vat negativer Magnetostriktionskonstanten
(τ100, τηι
< 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 (δ
< 0), worin T100 und Tn, die Sättigungswerte der linearen Magnetostriktionskonstanten
entlang den <100>- und <111>Richtungen sind und δ die Spannung in der Ebene des
Materials ist.
Die Magnetostriktionskonstanten bei Raumtemperatur von bestimmten Eisengranaten werden in der
nachfolgenden Tabelle angegeben.
| Eisengranat | Magnetostriktionskonstante | Till (· 10·) |
| tIOO (· 10«) | - 8,5 | |
| Sm3Fe5Ou | + 21 | - 3,1 |
| Gd3Fe6Ou | 0 | + 12 |
| Tb3Fe6O1, | - 3,3 | - 5,9 |
| Dy3Fe6On | -12,5 | - 4,0 |
| Ho3Fe5O12 | - 3,4 | - 4,9 |
| Er3Fe6O12 | + 2,0 | - 5,2 |
| Tm3Fe5O12 | + 1,4 | - 4,5 |
| Yb3FenO12 | + 1,4 | - 2,4 |
| Y3Fe5O,, | - 1.4 | - 1,7" |
| YaGa064Fe41311Oj2 | - 1,4" | - 2,4 |
| Lu3Fe6O12 | - 1,4 |
Einige dieser Eisengranatmaterialien, wie z. B.
Tb3Fe6O,, und Yb3Fe5O11, haben sowohl eine negative
als auch eine 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,FesO,g-Material
würdedieOrientierung{100}sein. Beieinem Yb3Fe5O13-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 Eisenionen 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 Blasendomänenbildung in dem Eisengranatmaterial, HAßn Ms
> 1, worin Ha das uniaxiale Anisotropiefeld und 4jiA/s 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 Wärmeausdehnungskoeffiziemen 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 rnonokristalliner Granat mit einer Zusammensetzung J3Q5O11, 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 V/ismut 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 aind Samariumgalliumgranat
und Yttriumaluminiumgranat.
Ein Film aus dem Blasendomänenmateria! ist ein
einkristalliner Granatfilm mit der Zusammensetzung J3Q5O18, 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 ent-
o hält 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 bevorzugtes Unterlagematerial ist Samariumgalliumgranat, wenn das Filmmaterial Gadoliniumeisengranat ist.
ο Wenn erfindungsgemäß die Gitterkonstante des Films die Gitterkonstante der Unterlage um einer Betrag
größer als etwa 0,035 Ä ι •'-■erschreitet, ist der Film
in einem Dehnungszuatand und sind in dem Film Blasendomänen enthalten. Wenn die Gitterkonstante
des Films um einen Betrag vor» weniger als etwa 0,035 A größer ist als die Gitterkonstante der Unterlage,
befindet sich der Film in einem Kompressionszustand und sind keine Blasendomänen vorhanden,
wei! die Senkrechte zu der Ebene des Films die schwere
ο Magnetisierungsachse ist und die Domänenrnagnetisierungen
in der Ebene liegen.
Wie oben erörtert ist, ist die Differenz zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten von dem Film u'id
der Unterlage für die gesamte in dem Film vorhandene Spannung verantwortlich. Die durch Wärmeausdehnung
bedingte Spannung liegt innerhalb annehmbarer Grenzen, solange der Wärmeausdehnungskoeffizient
tier Unterlage gleich dem Wärmeausdehnungskoeffizienten
des Films ist oder kleiner als der Wärmeausdehnungskoeffizient des Films um eineis Betrag von
nicht mehr als 1 · 10-»/° C ist. Ein bestimmter nichtübereinstimmender Betrag zwischen den Gitterkonstanten
(bei Raumtemperatur) des Films und der Unterlage und/oder den Kennwerten für die Wärmeausdehnung
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 stante") A |
Material | Unterlage |
Gitter
kon stante1) A |
Gitterkon |
Bl äsen-
dorntnen |
Domänen
in der Ebne |
Spannung | |
| Gd3Fe6O1, |
Orien
tie rung |
12,471 | Sm3Ga6O11 |
Orien
tie rung |
12,436 | stante der | ja | nein | Dehnung | |
|
Bei
spiel Nr. |
Y3Ga111Fe118O11 | (111) | 12,357 | Y3AI5O1, | (ΠΙ) | 12,010 | Unterlage- Gitterkon stante des Films") A |
ja | nein | Dehnung |
| 1 | Y3Ga111Fe318O1, | (110) | 12,357 | Tb3Ga5O1, | (HO) | 12,347 | -0,035 | nein | ja | Kom |
| 2 | (111) | (111) | -0,347 | pression | ||||||
| 3 | Y3Ga11-Fe318O1, | 12,357 | Dy3Ga5O11 | 12,341 | -0,010 | nein | ja | Kom | ||
| (111) | (Ul) | pression | ||||||||
| 4 | -0,016 | |||||||||
") Bei Raumtemperatur.
Claims (2)
1. Verfahren zum Herstellen eines magnetischen Materials für Blasendoimänenbauelemente, 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 A
größer ist als diejenige der Unterlage.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Film aus Gadoliniumeisengranat und die Unterlage aus Samariumgalliumgranat besteht,
s <j
Applications Claiming Priority (1)
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| US10178770A | 1970-12-28 | 1970-12-28 |
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| DE2165296C3 true DE2165296C3 (de) | 1974-09-26 |
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ID=22286409
Family Applications (1)
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| E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
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