DE2165297C3 - Verfahren zur Herstellung eines magnetischen Materials für Blasendo mänenbauelemente - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines magnetischen Materials für Blasendo mänenbauelemente

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DE2165297C3
DE2165297C3 DE2165297A DE2165297A DE2165297C3 DE 2165297 C3 DE2165297 C3 DE 2165297C3 DE 2165297 A DE2165297 A DE 2165297A DE 2165297 A DE2165297 A DE 2165297A DE 2165297 C3 DE2165297 C3 DE 2165297C3
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren ^um Herstellen eines magnetischen Materials für Blasendomänenbauelemente, bei dem ein Eisengranat-Film mit negativer Magnetostriktionskonstante epitaktisch auf einer anderen Granat-unterlage aufwachsen gelassen wird.
Magnetische Blasendomänen in eir.^r Schicht aus magnetischem Material, wie z. B. Yttri 'morthoferrit, sind bekannt und werden in der USA.-Patentschrift 3 460 116 beschrieben.
Bei einigen der magnetischen Materialien für Blasendomänenbauelemente aus einkristallinem Film und Unterlage nach dem Stand der Technik wies der Film eine Krakelierung bzw. Haarrißbildung auf, so daß diese Materialien für bestimmte Anwendungsarten von Vorrichtungen, bei denen Blasendomänen eine Rolle spielen, ungeeignet waren. Es wurde beobachtet, daß andere Materialien aus Eisengranatfilm und Unterlage Domänen 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 befinden.
Aus IBM Technical Disclosure Bulletin Vol. 13, Nr. 2 (Juli 1970), S. 517, sind Blasendomänenmaterialien bekannt, die durch epitaktisches Abscheiden eines Eisengranats auf einer GranaUinterlage 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 (1. 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 ande-
ren Granat-Unterlage abgeschieden wird, bei dem der blasendomänenhaltige Film frei von Haarrissen und Krakelierungen ist.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß für die Unterlage ein Granat verwendet
xo wird, dessen Gitterkonstante (bei Raumtemperatur) um weniger als 0,016 A größer ist als diejenige des Films,
Das so hergestellte magnetische Material mit der definierten Nichtübereinstimmung der Gitterkonstanten von der Unterlage und dem Film, der eine negative Maguetostrikuonskonstante hat, führt überraschenderweise dazu, daß Haarrisse und Krakelierungen in dem Film vermieden werden.
Nach dem Verfahren der Erfindung wird die Her-
jo stellung des magnetischen Materials für B:asendomänenbauelemente durch geeignete Einstellung der mechanischen Spannung in dem Film bewirkt.
Nach einem Beispiel füreinebevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird ein Film aus galliumsub- stituiertem Yttriumeisengranat, Y3Ga1-2Fe318O12, mit der geeigneten Orientierung und mit einer negativen Magnetostriktionskonstanten auf einer Unterlage aus gemischtem Yttrium - Gadoliniurngalliumgranat, Gd27Y0-3Ga5O12, durch Aufdampfen abgeschieden. Die Gitterkonstante der Unterlage beträgt 12.367 Ä und ist um 0,010 A größer als die Gitterkonstante des Films, die 12,357 A beträgt.
Die Merkmale und Vorteile der Erfindung sind aus der nachfolgenden ausführlicheren 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 einkiristailines Eisengranatmaterial nach der chemischen Abscheidung aus der Dampfphase unter Bildung eines Films auf einer Unterlage gebildet 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 der Unterlage größer als die RaumßiUerkonstante des abgeschiedenen Films, und zwar vorzugsweise um einen Beitrag kleiner als 0,016 A. Die erhaltene Struktur aus Film und Unterlage weist einen krakelierungsfreien Film mit darin enthaltenen Blasendomänen auf.
Im allgemeinen ist die normale Quelle für uniaxialc Anisotropie, die bei magnetischen Stoffen beobachtet wird, die Kristallstruktur des Materials. Wenn die EinkristallpläUchen mit negativer Magnetostriktionskonstanten (τ1ηο, T100 < 0) einer Spannung unterliegen, neigt die entsprechende Magnetostriktion dazu, die Senkrechte zu der Ebene der Plättchen zu einer leichten Magnetisierungsachse zu machen, wenn das Plättchen im Delinungszustand ist (<5 > 0), und zu einer schweren Achse zu machen, wenn das Plättchen einer Kompression unterliegt (ö < 0). T100 und T111 sind die Sättigungswene der linearen Magnctoslriktionskonstanten entlang den <100>- und <111>-Richtungen, und d ist die Spannung in der Ebene des Materials.
Die Magnetostriktionskonstanten bei Raumtem-
politur von bestimmten Eisengranaten werden tier in nachfolgenden Tabelle angegeben.
Eisengratiai MiiBnetosiriKlionskonstante τ 111 (XlO')
τ 100(X 10") -8,5
Sm3Fe5O1, 1-21 τ 1,8
Eu3Fe3O12 !-2l -3,1
Gd3Fe5O12 O rl2
Tb3Fe5O18 -3,3 -5,9
Dy3Fe5O1, -12,5 -4,0
Ho3Fe5O12 -3,4 -4,9
Er3Fe5O12 r 2,0 -5,2
Tm3Fe5O12 + 1,4 -4,5
Yb3Fe5O12 r Μ -2,4
Y3Fe5O12 -1,4 -1,7
Y3Ga0161Fe4-36O12 -1,4 -2,4
Lu3Fe5O12 -1,4
»5
Einige dieser Eisengranatmaterialien, wie z. B.. Tb3Fe5O12 und Yb3Fes012, haben sowohl eine negative als auch eine positive Magnetostriktionskonstantc. Bei Durchführung der Erfindung muß die krinallographische Orientierung des Granatfilnr. gewählt werden, die den Vorteil der negativen Magneto-Striktionskonstanten verschafft. In dem Fall \on Tb3Fe5012-Material würde die Orientierung {100} sein. Bei einem Yb3Fe5O12-Material würde die Orientierung {111} sein.
Die Werte für die Magnetostriktionskonsianten des Eisengranatmaterials sowie auch dessen Magnetisierung können durch Abscheiden eines Films geändert werden, der ein Gemisch von zwei oder menreren 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 vorliegt, die Bedingung für die Blasendomänenbildung indem Eisrngranatmaterial, //..|/4.-τΛ·/Λ·..- 1. wtrin //,, das uniaxiale Anisotropiefeld und 4ηΛ/ν die Magnetisierung ist, erfüllt sein muß.
Bei den magnetischen Strukturen aus Oxidfilm und Träger, die durch chemisches Abscheiden aus der Dampfphase gebildet worden sind, ist die \orherrsehende Quelle für die uniaxiale Anisotropie der magnetostriktiv^ Effekt, der \on der in dem film vorliegenden Spannung herkommt. Diese Spanmm: ist auf den Unterschied zwischen den Gitterkonstanten und den Wärmeausdehnungskoeffizienten Films und der Unterlage zurückzuführen und kann in der Fccm von Dehnung oder Kompression vorliegen.
Wie in der Zeichnung veranschaulicht ist. wird ein dünner Film aus magnetischem Blasendomiinenmaterial. und zwar der Film 12. auf einer Oxiduntcrlage 10 chemisch aus der Dampfphase abgeschieden. Der Film 12 kann auch nach Zcrstaubungstechniken oder nach einem cpitaxialen Abscheidungs\erfahren aus flüssiger Phase abgeschieden werden.
Die Unterlage K) ist monokristallincr Granat mit einer Zusammensetzung J3Q5O,,. worin der .!-Bestandteil wenigstens ein Element der aus C'cr. Praseodym, Neodym, Promethium, Samarium. Fluropium, 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, Niob, Tantal, Aluminium, Phosphor, Arsen und Antimon bestehenden Gruppe ist.
Beispiele für Unterlagematerialien sind gemischter Yttrium-Gadoliniumgalliumgranat, Gadoliniumgalliumgranat, durch Aluminium substituierter Crndoliniumgalliumgranat, Terbiumgalliumgranat, und Dysprosiumgalliumgranat.
Der Film aus dem Blasendomänenmatenal ist ein einkristalliner Granatfilm mit einer Zusammensetzung J3Q5O1,, worin der J-Bestandteil wenigstens ein Element der aus Cer, Praseodym, Neodym, Promethium, Samarium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, HoI-mium, Erbium, Thulium, Ytterbium, Lutetium, Lanthan und Yttrium bestehenden Gruppe enthalt 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 unu Eisen und Mangan besiehenden Gruppe entnommen ist.
Ein bevorzugtes Unterlagematerial ist gemischter Yttrium-Gadoliniumgaliiumgra'·.;!, wenn das FiImmaierial durch Gallium substituie-ter Yttriumeisen-
50
60 iiranat ist.
Die bevorzugte Differenz zwischen den konstanten liegt in der Größenordnung von 0,003 bis (),.j10 Ä. Wenn die Differenz der Gitterkonstanten 0,016 Λ oder größer ist, ist die Dehnung oder Spannung so groß, daß eine Krakelierung oder Rißbildung des 'Films gegeben ist. Wenn die Gitterkonstante der Unteriaee kleiner als die Gitterkonstante des Films ist. und" zwar um einen Betrag unter etwa 0,035 A, befindet sich der Film in Kompression und sind in ihm keine Blasendomänen vorhanden, weil die Senkrechte zu der Ebene des Films die schwere Magnetisierungsachse ist und die Domänenmagnetisieruneen in der Ebene liegen.
WieOben erörtert ist, ist die Differenz zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten von den' Film und der Unterlage für die gesamte in dem Film vorhandene Spannung verantwortlich. Die durch die Wärmeausdehnung bedingte Spannung hegt innerhalb annehmbarer Grenzen, solange der Wärmeausdehnungskoeffizient der Unterlage gleich dem warmeausdehnimeskoeffizienten oder niedriger als der Wärmeausdehnungskoeffizient des Films ist. und ZAvar um einen Betrag von nicht mehr als 1 · 10 / zwischen 2? und 12(XTC. Fin bestimmter nicht übereinstimmender Betrag zwischen den Gitterkonstanten (bei Raumtemperatur) des Films und der Unterlage und oder den Kennwerten für die Warmej.!!,dehnung ist zur Bildung der Spannung erforderlich, die die tinfaxiale Anisotropie erzeugt, welche fur die Blasendomäii-nbildung notwendig ist. Wenn Film und Unterlage hinsichtlich sowohl der Gitterkonstanien als auch der Wärmeausdehnung zu sehr übemnsiimmen. wird die geeignete Spannung, die zur Blasendomänenbildung erforderlich ist, nicht erreicht.
Beispiel 1
Fin
i-FiIm aus galliumsubstituiertem Ytiru.mciscnwanat. V1Ga12Fe318O12, mit einer Gitterkonstauten von 12,357 A wurde auf einem gemischten Yttrium-Gadoliniiimgalliumgranat, Gd2.7Yo.sija5t-'i» n;»-p chemischen Abschcidungstcchniken aus der Dampfphase abgeschieden. Die Gitterkonstante des
gemischten Ytlriiim-Gadnliniiinigalliunigranats betrug 12,367 Λ und war demnach um einen Hcirag von 0,010 Λ größer als die Giltcrkonstaiite ties Films. Die erhaltene Struktur wies einen krakclierimgNfrcicn Film auf, der Blusendomänen enthielt.
Beispiele 2 bis 5
Die Beispiele 1 bis 5 werden in der nachfolgenden Tabelle angegeben. Indem Beispiel 2 wurde cingalliumsubstituicrter Yttriumeisengranatlilm gcinäl.l der LiTmdung auf einem Gadoliniumgalliumgranat abgeschieden, wobei die Gitterkonstante der Unterlage bei Raumtemperatur um einen Betrag von 0.019 Λ größer war als die Gitterkonstante des Films. Diese Struktur wies in dem Film Blusendomänen auf und zeigte außerdem aber auf der Filmobcrflächc eine KrakeiL'rung oder 1 laarrißbildung. wodurch diese Struktur für bestimmte Anwendungen weniger gceignet war. Die Beispiele 3, 4 und 5 bestanden aus galliumsubstituierten Yltriumciscngranat filmen auf unterschiedlichen Unterlagen, wobei die Gilterkonstante des Films um einen Betrag von weniger als 0.035 Λ größer war als die Gitterkonstante der ίο Unterlage. Als Ergebnis ist festzustellen, daß diese Filme in einem Kompressionszustand vorlagen, und es waren dort keine Blascndomäncn vorhanden, sondern nur Domänen, deren Magnetisierung in der Ebene liegt.
Film Gittcr-
kon-
stanle")		 Unterlage Gitlcr-
kon-
stantc")		 Gitlcr- llkiscn-
ilomänen		 Domänen Krakc-
licrung
auf FiIm-
obcrflächc		 Spannung
Material") A Material·) Ä konstantc ent
Bei
spiel		 12,357 12,367 der Unter
lage —-Gitlcr-
knnstantcilcs
Films»)		 ja sprechend
dem
Vektor
der		 keine Dehnung
Nr. Y3Ga112Fc3-8O12 12.357 Gd2 7Y„ 3Ga5O12 12.367 A ja Ebene ja Dehnung
1 Y3Ga1,2Fe3-8O12 12,357 Gd3Ga5O12 12,355 0.010 nein nein keine Korn-
2 Y3Ga1,2Fc3-sO12 12,357 Gd3AI0-6Ga4-1O12 12.347 0.019 nein nein keine presston
Kom
3 Y3Ga12Fe3-8O12 Tb3Ga5O12 0.002 ja pression
4 12,357 12,341 -0,OtO nein ja keine Kom
Y3Ga1-2Fe3-8O12 Dy3Ga5O12 pression
5 -0,Cl 6 ja
a) Bei Raumtemperatur.
b) 11 !-Orientierung, negative Magnctoslriktionskonstantc.
c) Hl-Oiicntierung.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche;
1. Verfahren zum Herstellen eines magnetischen Materials für Biasendomänenbaudemente, bei dem ein Eisengranat-Film mit negativer Magnetostriktionskonstante epitaktisch auf einer anderen Granat-Unterlage aufwachsen gelasisen wird, dadurch gekennzeichnet, daß für die Unterlage ein Granat verwendet wird, dessen Gitterkonstante (bei Raumtemperatur) um weniger als 0,016 A größer ist als diejenige des Films.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gitterkonstante (bei Raumtemperatur) der Unterlage um einen Betrag von 0,005 bis 0,010 A größer ist als die Gitterkonstante (bei Raumtemperatur) des Films,
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Film Yttriumeisengranat und die Unterlage ein gemischter Yttrium-Gadoliniumgalliumgranac ist.
DE2165297A 1970-12-28 1971-12-23 Verfahren zur Herstellung eines magnetischen Materials für Blasendo mänenbauelemente Expired DE2165297C3 (de)

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