DE2216953C3 - Verfahren zur Herstellung eines Schichtkörpers mit einer heteroepitaktischen Granatschicht - Google Patents

Description

wird Anisotropie durch Deformationsspannung indu- halten, obwohl es unter kommerziellen Gesichtsziert. Zur Erhöhung der Kompensationstemperatur, punkten zweckmäßig sein kann, beide absichtlich zu welche dem Diffusionseffekt zugeordnet ist, an dem variieren (ejsteres kann beispielsweise zu bestimmten das Substrat beteiligt ist, wird die Granatschicht gewollten Änderungen der Domänengröße oder anoberhalb von 1000^cC getempert 5 derer Parameter längs der Schicht führen).

In *EEE Transactions on Magnetics, 1970, S. 553 „ ...

bis 563, ist ein Tempern von GdIG-Schichtcn inner- ^l· ^BenanaijnB

halb des Temperaturbereichs von 773 bis 1019⁰C be- Die Betrachtung der gewünschten Parameter der

schrieben. Das dort vorgesehene Material ist jedoch Einrichtungen, wie Stärke des erforderlichen Feldes, auf Grund seiner homogenen Gitterplatzbesetzung io Domänenkonfiguration, Beweglichkeit usw. ergibt für mchstumsinduzierte Effekte ungeeignet insgesamt ein angestrebtes Verhältnis des //Ä,-Werts

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein (einachsige Anisotropie, wie oben definiert) zu AnM Verfuhren anzugeben, mit dessen Hilfe die magne- (worin M die Magnetisierung pro Volumeneinheit ist) tischen Eigenschaften von Granatschichten verbessert zwischen 2 bis 5 (wobei Hk_u in Oersted und AnM in und genauer eingestellt werden können. 15 Gauß gemessen wird). Die Materialien der Schicht-

Ausgehend «on einem Verfahren der eingangs an- körper sind im allgemeinen so aufgebaut, daß sie gegebenen Art schlägt die Erfindung zur Lösung einen Sättigungsmagnetisierungswert von etwa 100 bis dieses- Aufgabe vor, daß die Schicht zwischen 1200 etwa 300 Gauß haben. Die erforderlichen Werte von und 135O°C so lange getempert wird, bis sich der Hkm liegen deshalb zwischen 200 und 1500 Oersted.
//κ,,-Ausgangswert der Schicht um wenigstens 10% ao Es ist eine unglückliche Tatsache, daß Granitverringert hat wobei _'/*„ definiert ist als die zur schichten, die sonst von höchstem Interesse sind, Drehung der Magnetisierung von der Vorzugsrichtung unbehandelt HκJAn M -Verhältnisse zeigen, die das in eine hierzu senkrechte Richtung erforderliche Feld- angegebene Maximum erheblich überschreiten. So stärke. Es wurde gefunden, daß diese Temperung, hat beispielsweise die speziell« Zusammensetzung, die vorzugsweise in einer nicht reduzierenden Atmo- 15 für welche die Daten in der Zeichnung aufgetragen Sphäre, z. B. Sauerstoff, erfolgt, zu einer erheblichen sind, (Eu₁, Er₄Fe₄^Ga₀₁₇Ou) einen anfänglichen Verbesserung der Beweglichkeit von einwandigen //«„-Wert in der Größenordnung von 6500 Oersted, Domänen, einer Verringerung der Koerzitivkraft und während die Magnetisierung AnM in der Größenzur Möglichkeit der gezielten Einstellung anderer Ordnung von 170 Gauß liegt, woraus sich ein Verhältmagnetischen Eigenschaften, z. B. Anisotropie, der 30 nis von 38/1 ergibt. Da der Wert von AnM bei einer Donnänengröße usw. führt. Temperbehandlung unter den_ erfindungsgemäßen

Die erfindungsgemäß hergestellten Schichtkörper Bedingungen keine wesentliche Änderung zeigt, wird werden insbesondere zur Speicherung von Informa- der Wert von Hk* in der erforderlichen Weise auf tionen in einwandige magnetische Domänen über- den Bereich von 340 bis 850 Oersted reduziert. Die tragenden Einrichtungen verwendet. Einrichtungen 35 in de»- Figur eingetragenen Daten, die auch für andere diester Art sind beispielsweise aus IEEE Transactions geeignete Granat-Schichtmaterialien kennzeichnend on Magnetics, Band MAG-5, Nr. 3, September 1969, sind, zeigen, daß eine solche Verminderung nach S. SM bis 553, bekannt. Die mit diesen Einrichtungen etwa V» Stunde bei 1300 C und etwa 2 bis 3 Stunden hervorgerufenen Schalt-, Speicher- und Logikfunk- bei 125O⁰C erreicht werden kann. Die aufgetragenen tionen sind von der Erzeugung und Übertragung 40 Daten sind bei 1200" C nicht für genügend lange Zeit einwandiger, allgemein zylindrischer magnetischer aufgetragen, jedoch wurde experimentell eine Ver-Doinänen mit einer gegenüber der Magnetisierung minderung des Wertes von Hk_u auf unter 850 Oersted des unmittelbar umgebenden Gebiets umgekehrten nach einer Zeit von 15 Stunden erzielt.
Polarisation abhängig. Die Übertragung der Domänen Die Form der in der Figur gezeigten Kurven ist

im Schichtkörper erfolgt durch ein Muster aus magne- 45 für die in Frage stehenden Zusammensetzungen tisclli weicLem Belegungsmaterial in Abhängigkeit allgemein gültig. Es wird eine bemerkenswerte Gleicbvon in der Schichtebene verlaufenden Umorien- mäßigkeit der Verminderung von Hr_u beobachtet, tierungsfeldern. so daß eine vorgegebene Behandlungszeit von der

E>ie Eigenschaften der erfindungsgemäß herge- Zusammensetzung unabhängig im wesentlichen zu stellten Schichtkörper stehen mit dem gemessenen 5° einer Verminderung auf den gleichen Bruchteil dieses Wert Hk, der magnetischen Anisoticpie in Zusam- Parameters führt. Zumindest bei bestimmten Anmenhang (die zur Drehung der Magnetisierung von Wendungsfällen der Einrichtung wird der Optimalwert der Vorzugsrichtung in eine hierzu senkrechte Rieh von Ηκ» nur in Ausdrücken des Verhältnisses dieses rung erforderliche Feldstärke). Die Beziehungen der Parameters zu AnM optimiert. Da der An M-Wert Schichtkörperparameter zu diesem Wert sind nach- 55 für die betreffenden Zusammensetzungen in der anfolgend im einzelnen erläutert. gegebenen Weise über den Bereich von 100 bis In der Zeichnung ist ein Koordinatensystem darge- 300 Gauß variiert, muß die erforderliche Temperzeit stellt, auf dessen Ordinate das einachsige, anisotrope dementsprechend angepaßt werden.
Feld und auf dessen Abszisse die Temperungszeit in Die Beschreibung dieses Abschnitts erfolgt unter Stunden aufgetragen ist, wobei die Abhängigkeit 60 der Annahme, daß die einachsige Anisotropie des so dieser beiden Größen für ein charakteristisches behandelten Materials hauptsächlich wachstumsindu-Graiiat-Schichtmaterial bei drei verschiedenen Be- ziert ist. Im allgemeinen haben die Schichtmaterialien handluingstemperaturen angegeben ist. Zur Erieich- der hier in Frage stehenden Art eine einachsige terung des Vergleichs wurden die Werte für alle Anisotropie von nicht mehr als 10% der durch drei Kurven aus Experimenten gewonnen, die in 65 Dehnung induzierten Anisotropie (da die dehnungstrockenem Sauerstoff durchgeführt wurden. Die Tem- induzierte Anisotropie die Folge einer Fehlanpassung peraturen wurden in allen dra Fällen sowohl räumlich der Gitterparameter und/oder der Temperaturkoeffials auch zeitlich hinreichend konstant (±5°C) ge- zienten, beispielsweise zwischen der Schicht und dem

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Substrat, ist, entfernt eine Langzeittemperung bei tischen Parametern gewählt, die für die Einrichtung

erhöhten Temperaturen, d. h. 5 Stunden bei 1400°C, wesentlich ist. Diese Beziehungen sind in der detail-

zwar den gesamten wachstumsinduzierten Beitrag, hat lierten Beschreibung des Abschnitts 2 im einzelnen

jedoch nur minimale Auswirkung auf den Dehnungs- erörtert. Es wurde experimentell bestimmt, daß eine

anteil zur Anisotropie der abgekühlten Probe). 5 Änderung von Hx₁₁ um 10 % eine Behandlungsdauer

Die Behandlungsbedingungen werden im folgenden von etwa 30 Minuten bei 1200⁰C erfordert, wobei für

beschrieben: jede Erhöhung der Temperatur um 50°C eine Verminderung um das Fünffache erfolgt, was zeigt, daß

a) Temperatur: Ein Temperaturbereich von 1200 bis bei etwa 1350⁰C eine minimale Behandlungsdauer 1350⁰C wurde angegeben, wobei Temperaturen io von etwa 15 Sekunden erforderlich ist. Weiter wurde unterhalb 1200⁰C zwar noch wirksam sind, die experimentell bestimmt, daß diese Bedingungen gegen erforderliche Behandlungszeit im allgemeinen Änderungen der Zusammensetzung relativ unempfindjedoch zu lang wird, um noch praktisch brauchbar lieh sind. Eine bevorzugte Minimalverminderung des zu sein. Temperaturen oberhalb von 135O⁰C //*„-Wertes liegt, wenigstens bei Anwendungsfällen können angewandt werden; die Zeitintervalle 15 mit einwandige Domänen verwendenden Emrichtunwerden jedoch so kurz, daß sie sehr kritisch sind. gen in der Größenordnung von 50% relativ zu den Ein bevorzugter Temperaturbereich von 1275 bis bei unbehandelten hetero-epitaktischen Materialien 1325⁰C wird auf dieser Grundlage angegeben. festgestellten Werten. Unter üblichen Bedingungen Behandlungszeitintervalle für den bevorzugten erfordert eine solche Reduzierung Behandlungszeiten Temperaturbereich liegen im allgemeinen in der ao in der Größenordnung von 4 Stunden bei 1200⁰C, Größenordnung von Bruchteilen einer Stunde. wobei für Temperatursteigerungen um jeweils 50^c C

b) Zeit: Die zur Verminderung des /Zk₁₁-Wertes auf wieder eine fünffache Zeitverkürzung eintritt Die bei einen Bruchteil erforderliche Zeit kann als Funk- jeder gegebenen Temperatur zur Erzielung einer tion der Temperatur angegeben werden. Allge- speziellen Verringerung von Hk_u erforderlichen gemein erfordert die Verminderung des ifk„-Wertes »5 nauen Behandlungszeiten können leicht aus den Werten auf die Hälfte seines Ausgangswertes eine Be- der Zeichnung entnommen werden,
handlungszeit von etwa 4 Stunden bei 1200°C Die Art der während der Behandlung verwendeten und von etwa 5 Minuten bei 1350⁰C. Der allge- Atmosphäre ist im allgemeinen so lange nicht kritisch, meine Zusammenhang kann ausgedrückt werden wie sie bezüglich des Granat-Materials unter Bedurch: 30 handlungsbedingungen nicht reduzierend ist. Es

τ (T) E (E IkT) können inerte Atmosphären verwendet werden, je-

—— = -——" — ■— (1) doch werden hauptsächlich oxidierende Atmosphären

τ Ti E_Xp EaIkT₂ bevorzujit. Ein Oxidationseinfluß stellt eine Sicherheit

. . gegen die Reduktion von Eisen, Seltenen Erden und

Hierin ist: _{35 an}d_eren Kationen dar, was bei Einrichtungen kom-

τ die zur Verminderung der Anisotropie auf plizierteren Aufbaus erforderlich oder erwünscht einen vorgegebenen Bruchteil eines Ausgangs- sein kann. Für diese Zwecke wird vorgeschrieben,

werts erforderliche Behandlungszeit, daß die Atmosphäre eine Sauerstoffmenge enthält,

T₁ und T_t Temperaturen in Grad Kelvin, die dem Partialdruck von Sauerstoff in der Granat-

£0 die Aktivierungsenergie und 40 schicht entspricht (unter V10 Atmosphäre bei 1200°C

k die Boltzman-Konstante. und etwa Va Atmosphäre bei 1350⁰C).

Die Aktivierungsenergie in der obigen Gleichung ²· Abhängigkeit der magnetischen Parameter

wurde experimentell zu etwa 6 eV bestimmt. Versuche ^von "^Ktl

mit verschiedenen Zusammenstellungen bei unter- 45 Die Beschreibung bezog sich auf eine Verringerung

schiedlichen Temperaturen und Behandlungsarten von Hy_n wobei allgemein ausgeführt wurde, daß

haben diesen Wert und die Gültigkeit der Gleichung eine solche Verringerung auch zu entsprechenden

bestätigt. Veränderungen der magnetischen Parameter des

Es wurde angegeben, daß der erforderliche Endwert Schichtkörpers bzw. der Einrichtung führt. Diese

für Hku π» der Größenordnung von 2- bis 5mal dem 5° Parameter werden im folgenden diskutiert (wobei

Wert von 4πΜ liegt. Dieser Bereich ist bei einer allen folgenden Erörterungen die experimentelle

Gruppe von Einrichtungen anwendbar, welche ein- Beobachtung zugrunde liegt, Haß eine Änderung

wandige Domänen verwendenden Einrichtungen um- des Weites von 4π M während der Temperbehandlun§

fassen. Für bestimmte Einrichtungen können noch von relativ geringer Größe ist):

niedrigere Verhältniswerte erforderlich sein. Die all- 55

gemeine Lehre der vorliegenden Anmeldung besagt, a) Beweglichkeit: Die Domänen-Wandbewegüchkeii

daß dieser Verhältniswert unveränderlich reduziert ändert sich unabhängig von der Domänen

werden kann, indem eine Temperbehandlung durch- konfiguration mit der Quadratwurzel des Rezi

geführt wird (der äußerste Wert bezüglich des >vachs- prokwertes von Hk.. Dies wurde experimentel

tuminduzierten Anteils von //κ» ist Null; dieser Wert 60 beobachtet und kann bezüglich der Wanddieb

soll zwar nicht erreicht werden, jedoch kann er für wie folgt erklärt werden. Die Beweglichkei

einige der betrachteten Anwendungsfälle stark an- ändert sich allgemein linear mit der Domänen

genähert werden). Wanddicke, die sich ihrerseits umgekehrt mi

Für die vorliegende Erfindung wird angenommen, der Quadratwurzel von Hk, ändert. Es wurd

daß eine Mimmalverminderung von Hk. um wenig- 65 mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bei Be

stern 10% erforderlich ist Diese nicht absolute handlung einer Vielzahl von Zusammensetzunge

Grenze wird als kennzeichnend für eine Größe der eine Verbesserung der Beweglichkeit um de

Veränderung von miteinander verknüpften magne- Faktor 3 erzielt

b) Domänengröße: Es wird auf geschlossene Domänen Bezug genommen, beispielsweise die hier betrachteten, im wesentlichen zylindrischen Domänen, wie sie in den einwandigen Domänen verwendenden Einrichtungen vorliegen. Die erfindungsgemäße Temperbehandlung hat eine Verringerung der stabilen Domänengröße zur Folge. Der Durchmesser einer stabilen Domäne ändert sich etwa mit der Quadratwurzel von Hk„. Eine für den Aufbau aller Einrichtungen gemeinsame Erwägung betrifft die Beziehung zwischen Schichtdicke und Domänengröße. Bei einwandige Domänen verwendenden Einrichtungen ist es in der Regel erforderlich, daß die Schichtdicke in der Größenordnung des Durchmessers einer stabilen Domäne liegt (üblicherweise in der Größenordnung von 2 bis 20 μ). Dabei ergibt sich, daß diese Beziehung zu einer Schicht von einer Dicke führt, die kleiner als der Domänendurchmesser vor der Behandlung ist. Die Beziehung zwischen optimalem Domänendurchmesser und der Domänenwandenergie wird im folgenden angegeben:

d =

worin:

d gleich dem optimalen Domänendurchmesser (etwa im Mittelbereich der stabilen Domänengröße),

Ms die Sättigungsmagnetis,ierung in Gauß und wo die Domänenwand-Energiedichte ist.
aw ist proportional \'kä

σ,ν - 4 \A~~K (3)

worin;

A die Austauschkonstante und
K die anisotrope Energiedichte ist.
Hk. ist gleich 2KIMs-

Diese und die anderen dargelegten Beziehungen sind ausführlich diskutiert von A. A. Thiele in Bell System Techn. Journal, S. 3287 bis 3335, Dezember 1969.

Die Domänengröße hat bekannte Auswirkungen auf die Ausbildung der Domänen wendenden Ein -ichtungen. Sie ist bestimmend für so wichtige Größen, wie die Packungsdichte. Üblicherweise soll die Domänengröße in der ganzen Schicht gleich sein. In komplexen Einrichtungen, in denen ein Gradient der Domänengröße oder anderer magnetischer Eigenschaften erforderlich ist, können solche Veränderungen durch Temperaturgradienten während des Tempervorgangs eingestellt werden.

c) Koerzitivkraft: Dieser Parameter muß nach Möglichkeit klein gemacht werden, da er das zur Übertragung von Domänenwänden erforderliche Feld angibt. Aus dem Folgenden ergibt sich, daß die Verringerung der Koerzitivkraft üblicherweise mindestens der Quadratwurzel von Hr_u proportional ist. Die Koerzitivkraft ergibt sich aus der Unregelmäßigkeit der Systemenergie in Abhängigkeit von der Wandstellung. Die_ Unregelmäßigkeiten können ihre Ursache in Änderungen von Ms oder aw Itiaben {aw resultiert aus Änderungen von A oder K). Die Koerzitivkraft wird verringert, wenn K oder demzufolge //κ« reduziert wird. Die Koerzitivkraft wird durch zwei Prozesse verringert, wenn K (oder //κ«) verringert wird. (1) Durch Verringerung von K wird aw verkleinert, und in einigen Fällen kann die mit der Kristallunregelmäßigkeit verknüpfte Änderung der Systemenergie verringert werden. (2) Bei Unregelmäßigkeiten der Systemenergie, die über Entfernungen auftreten, welche verglichen mit der Domänenwanddicke klein sind, ίο ändert sich die Koerzitivkraft umgekehrt proportional zur Wanddicke oder als Quadratwurzel von K.

3. Einflüsse der Zusammensetzung

Von den Zusammensetzungen werden allgemein solche diskutiert, die hinsichtlich der Parameter für die hier in Frage stehenden Schichtkörper zufriedenstellend sind. Das das erfindunggemäße Verfahren bei heteroepitaktischen Granatschichten angewandt wird, sind hierfür geeignete Materialien solche, mit denen ein solches Aufwachsen durchgeführt werden kann. Das epitaktische Züchten aus der Flüssigphase (LPE) ist im Augenblick als besonders günstig für das Aufwachsen solcher Schichten zu betrachten,

as welche die erforderliche Vorzugmagnetisierungsrichtung normal zur Oberfläche haben sollen.

a) Die heteroepitaktische Schicht

Für das erfindungsgemäße Verfahren geeignete Granate haben die nominelle Stöchiometrie der prototypischen Zusammensetzung Y₃Fe₅Ou. Das ist der klasssische Yttriumeisengranat (YlG), der in unbehandelter Form ferromagnetisch ist, wobei das Nettomoment auf das Überwiegen von drei Eisenionen pro Formeleinheit an den tetraedrischen Gitterplätzen zurückzuführen ist (die beiden restlichen Eisenionen besetzen oktaedrische Gitterplätze). Bei dieser prototypischen Zusammensetzung besetzt Yttrium die dodekaedrischen Gitterplätze, und das Haupterfordernis hinsichtlich der Zusammensetzung betrifft bei der Erfindung die Natur der Ionen, die das Yttrium an den dodekaedrischen Gitterplätzen zum Teil oder vollständig ersetzen.

Ein Grunderfordernis dafür, daß sichergestellt ist,

♦5 daß die aus flüssiger Phase epitaktisch gewachsene Schicht im wesentlichen homogene einachsige Anisotropie zeigt, die normal zur Schichtoberfläche verläuft, besteht darin, daß die dodekaedrischen Gitterplätze von wenigstens zwei verschiedenen Ionen besetzt sind. Für den Zweck der vorliegenden Erfindung müssen diese Ionen, die als A-Ioncn und B-Ioneti bezeichnet sind, in einer Menge von wenigsten! 10 Atomprozent relativ zu der dodekaedrischen Gitter· platze besetzenden Gesamtionenzahl vorhanden sein Ionen, weiche solche Gitterplätze in einer Mengt von wenigstens 10% einnehmen können, umfasset Y³⁺, Lu⁸⁺, La^s+ und die drei wertigen Ionen sämtliche 4f-Seltenen Erden sowie Ionen anderen Valenz zustandes, z. B. Ca**. Solche Ionen werden bisweilei

zur Kompensation der Ladung zugegeben, weni beispielsweise solche Ionen zum Teil durch Eis» substituiert sind, deren Valenzzustand von 3+ ab weicht. Solche Ionen enthaltende Zusammensetzung? sind in großem Umfang untersucht und beschrieber

6s Siehe beispielsweise Handbook of Microwave Ferrit Materials, von Wilhelm H. von A u 1 ο c k Act demic Press, New York (1965).
Ein weiteres Erfordernis betrifft die Größe un

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Wie oben erwähnt, ist für die zur erfindungsgemäßen Schichtkörperherstellung geeigneten Materialien vom Typ II (d.h. den Materialien, die eine Vorzugsmagnetisierungsrichtung in der [111 !-Richtung in 5 unmittelbarer Nähe der freien (211)-Fläche eines gewachsenen massiven Kristalls zeigen) kennzeichnend, daß spezielle Paare von Ionen dodekaedrische Gitterplätze besetzen.

) as u s ra

Schichtkörpers von der heteroepitaktischen Granatschicht selbst bestimmt, und im Idealfall sollten die Eigenschaften des Schichtkörpers in keiner Weise if

Natur des magnetostriktiven Anteils der A- und B-Ionen in den »llle-Kristallrichtungen. Der einfachste Fall betrifft A- und B-I^nen, die in diesem Sinne zu entgegengesetzten magnetostriktiven Vorzeichen führen.

Die magnetostriktiven Werte sind im Bd. 22 des Journal of the Physical Society of Japan, S. 1201 (1967), angegeben. Die Zusammensetzung muß erfindungsgemäß von solcher Art sein, daß ihre Vorzugsmagnetisierungsrichtung in die [111 !-Richtung io

normal zur Schichtoberfläche fällt. Hierdurch wird Grundsätzlich werden die Eigenschaften des gleichzeitig das Erfordernis erfüllt, daß die Anisotropie hauptsächlich wachstumsinduziert ist. Auf
solche Weise hergestellte Schichten verlieren, wenn

sie bei ausreichend hoher Temperatur (etwa 1200°C 15 vom Substrat beeinflußt werden,

bei Behandlungszeiten, die von den atmosphärischen Epitaktisches Aufwachsen erfordert selbstverständ-

Bedingungen abhängen) getempert werden, einen Hch eine geeignete Anpassung der Kristallgitter

wesentlichen Teil der Vorzugsmagnetisierung und abmessungen. Eine Anpassung der Kristallgitter auf

werden im wesentlichen magnetisch isotrop. Für den ungefähr 0,5% (a₀ im wesentlichen in der Größen

Zweck der vorliegenden Erfindung sind Materialien, 20 Ordnung von 12 Ä) erwies sich als geeignet,

die weniger als 25% ihrer »111 «-Anisotropie behalten. Die hier beschriebenen Schichtkörper beruhen au

nach einer Temperung, die üblicherweise ausreicht, den magnetischen Eigenschaften der heteroepitak

um das Material isotrop zu machen, zufriedenstellend. tischen Schicht, und der Magnetisierungswert des

(Solch eine Temperbehandlung entfernt selbstver- Substrats sollte deshalb so gering wie möglich sein,

ständlich die spannungsinduzierte Anisotropie, jedoch as Für die meisten Einrichtungen wäre ein Substra

wird diese Form der Anisotropie beim Kühlen wieder ideal, welches unmagnetisch ist. Um jedoch die

gewonnen. Die maximal zulässige «-llle-spannungs- bevorzugte Anpassung zu erzielen, werden oft Sub-

induzierte Anisotropie ist nicht nur ein Erfordernis stratmaterialien verwendet, die in erheblichem Maße

der Erfindung, sondern auch vom Standpunkt der paramagnetisch sind, wobei wiederum nur seh

Herstellung erwünscht, weil hierdurch Veränderungen 30 geringe merkliche Auswirkungen auf die Betriebs-

der Eigenschaften der Einrichtungen während der eigenschaften der Einrichtungen festgestellt wurden

Fabrikation und Handhabung vermieden werden. Leicht ferrimagnetisches Material oder ferromagne

Die größere Gruppe von die erfindungsgemäßen tisches Material können zwar als Substrat verwende! Erfordernisse erfüllenden Zusammensetzungen wur- werden, jedoch ist vorzugsweise nur die Schicht bei den vorstehend als Materialien vom Typ II beschrie- 35 Betriebstemperatur magnetisch sättigbar,
ben. Diese Materialien sind dadurch gekennzeichnet, Die richtige Anpassung des Kristallgitterparameters daß ihre Verzugsmagnetisierungsrichtung in die wird am einfachsten bei Verwendung von Granatkristallographische [lllJ-Richtung in die freie (211)- Substraten erreicht. Es sind zwar viele Substrat-Fläche eines gewachsenen massiven Kristalls weist. Zusammensetzungen verwendbar, jedoch ist es mög Zu solchen Materialien vom Typ II kommt es, wenn *o Hch, eine Anpassung an alle interessierenden Schicht das größere der beiden Ionen ein negatives magneto- zusammensetzungen durch Verwendung eines odei striktives Vorzeichen und das kleinere ein positives einer Kombination von zwei Grund-Substratzusam Vorzeichen hat. Diese Gruppe steht jedoch nicht allein, mensetzungen zu erhalten. Von diesen ist die erst und es treten Fälle auf, in denen die Anisotropie des Nd₃Ga₅O₁₂ und hat einen Gitterparameter a₀ gleich gewachsenen massiven Kristalls nicht bestimmend 45 12,52 A. Die zweite ist Gd₃Ga₅O₁₂ und hat einet für die Anisotropie der aus der Flüssigphase epitak- Gitterparameter a₀ gleich 12,36 Ä. Jede der genannter tisch aufgewachsenen Schicht ist. Ein spezielles Bei- Zusammensetzungen kann durch geringfügige Abspiel solch einer in einem Beispiel erläuterten Zu- weichung von stöchiometrischen Gemisch so abgesammenstellung ist Er₂Eu₁Fe_4-3Ga_0-7O₁₂. Diese und wandelt werden, daß eine entsprechende Änderung andere ähnliche Materialien erhalten ihre einachsigen 5° von a₀ erhalten wird. Zwischenwerte können durct Richtungseigenschaften durch den Einfluß des Sub- Mischung der beiden Grundsubstrate erhalten wer strats. Beim speziellen Beispiel wird angenommen, den, was durch die Formel Nd_x Gd₃_i Ga₄O₁₂ ausge daß die Vorzugsmagnetisierungsrichtung normal zur drückt werden kann. Die Zwischenwerte von a, Schicht infolge einer Modifikation der Schicht- stehen in etwa linearer Abhängigkeit vom Anteil dei zusammensetzung durch Eindiffundieren von Sub- 55 Zusammensetzung. Alle angegebenen Werte de; strationen, beispielsweise von Gadolinium, auftritt. Gitterparameter gelten für Zimmertemperatur, wei

Beispiele für die Schichtzusammensetzungen, weiche die Schicht und Substrat grundsätzlich bei Betriebs

die erfindungsgemäßen Anforderungen erfüllen, sind: temperatur, d. h. üblicherweise bei Zimmertemperatur

angepaßt sein sollen.
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Beispiel 1

Eine 4 μ dicke Schicht aus Eu₁Er₂Fe_4-3Ga_0-7O₁₂ au einem (lll)-Gd₃Ga₅O_I2-Substrat wurde in eine Sauer stoff-Atmosphäre in einen auf einer Temperatur voi 65 130OT gehaltenen Ofen eingesetzt und für einei Rchandltmgs/eitraum von 1 bis V₄ Stunde auf diese Temperatur gehalten. Der //«„-Wert wurde dabe %on einem AiKi.unps.vcrt von etwa 65(X) Oersted au

Fr F11 r.a Fe Ω
Gd_2il0Tb₀,_sFe_sO₎₂
Gd_2-79Tb₀J₁Fe₅O₁₈
r t \n i- μ

einen Endwert von 350 Oersted verringert. Gemeinsam mit dieser etwa 20fachen Verringerung des //«„-Wertes wurde eine Steigerung der Beweglichkeit um einen Faktor 3 auf einen Wert von etwa 80 cm/s/ Oersted und eine Verminderung der Domänengröße um einen Faktor 4 auf einen optimalen Enddurchmesser von etwa 5 μ beobachtet. Da die Magnetisierung 4πΛ/ etwa 200 Gauß betrug, war die Domänengröße deshalb etwa optimal für die angegebene Schichtdicke.

Beispiel 2

Zu Vergleichszwecken wurde eine ähnliche Schicht gleicher Zusammensetzung und Dicke auf dem gleichen Substrat einer Tempirbehandlung bei etwa 1200⁰C unterzogen. Die Behandlungsdauer betrug etwa 15 Stunden. Die Endwerte von Hk₁₄, der Beweglichkeit und des Domänendurchmessers entsprachen etwa den Werten des Beispiels 1.

Beispiel 3

Eine ähnliche Schicht der Zusammensetzung EUjEr₁Fe₄₁₃Ga₀₁₇O₁J und einer Dicke von 6 μ auf einem Substrat aus (110)-orientiertem Gd₃Ga₅O₁₂ wurde einer Temperbehandlung bei 1250⁰C unterzogen. Die Behandlungsdauer betrug 1 Stunde und führte zu einer Verringerung des //κ,,-Wertes auf 400 Oersted. Die fertig behandelte Schicht zeigte einen Domänendurchmesser von 6 μ. Der Domänendurchmesser lag also auch hier hinsichtlich des Aufbaus der Einrichtungen etwa beim Optimum für die Schichtdicke und Magnetisierung (4πΛ/ bei etwa gleich 150 Gauß).
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Beispiel 4

Eine Probe aus Gd₂Pr₁Fe₄₁₇Ga₀₁₃O₁S wurde einer Temperbehandlung bei 1250°C unterworfen. Die Behandlungsdauer betrug etwa 1 Stunde, wobei eine ίο oxidierende Atmosphäre verwendet wurde. Der anfängliche //«„-Wert von etwa 1500 Oersted wurde auf einen Endwert von etwa 700 Oersted verringert.

Beispiel 5

Die Behandlung nach Beispiel 4 wurde bei einer Granai-Zusammensetzung wiederholt, die durch die Formel Gd₂₁JgTb_0-66Fe₅O₁₂ gegeben ist. Behandlungstemperatur betrug 125O⁰C und Behandlungsdauer ao 1 Stunde. Die Verringerung von Hk_u betrug etwa 500 Oersted.

Beispiel 6

Die Behandlung nach Beispiel 4 wurde bei einer as Granat-Zusammensetzung Yj_i9Eu₀₂Gd_0i6Tb_0i4Al_0je-Fe₁₄O,2 angewandt. Temperatur und Behandlungsdauer betrugen 1200⁰C und 4 Stunden. Die anisotrope Energiedichte wurde durch diese Temperung von 9900 erg/cm³ auf 4300 erg/cm³ gesenkt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

ι 2 rung von Informationen oder zur Durchführung von Patentansprüche: Schaltvorgängen dienen. Von besonderer Bedeutung für die Entwicklung

1. Verfahren zur Herstellung eines Schicht- von Schichtkörpern dieser Art war der Hinweis in körpers mit einer heteroepitaktjschen Granat- 5 Applied Physics Letters 17, S. 131 bis 134, 1. August schicht, bei der ein dodekaedrischer Kristall- 1970, daß durch Wachsuunssteuereng in magnetischen gitterplatz von wenigstens zwei verschiedenen Materialien der Granatstruktur, bei der dodekaedrische Ionen besetzt ist, die jeweils mit einem Anteil Gitterpiätze mit zwei oder mehr unterschiedlichen von wenigstens 10% der Gesamtzahl von den Kationen besetzt sind, nichtkubische magnetische dodekaedrischen Platz besetzenden Ionen vor- io Anisotropie erzeugt werden kann. Unter den für banden sind, wobei die Granatschicht aaf einem Schichtkörper aus diesen Materialien vorgeschlagenen Granatsubstrat aufgewachsen wird, das einen Anwendungsmöglichkeiten sind einwandige Domänen relativ zur Schicht niedrigen Magnetisierungs- übertragende Einrichtungen von besonderer Bedeuwert hat, und die Schicht eine senkrecht zu ihrer tung, denn die dort verwendeten Dünnschichten aus Oberfläche verlaufende Vorzugsmagnttisierungs- 15 magnetischem Materiü müssen genügend nichtrichtung hat, dadurch gekennzeich- kubische magnetische Anisotropie zeigen, damit die net, daß die Schicht zwischen 1200 und 1350⁰C Vorzugsmagnetisierungsrichtung senkrecht zur Oberso lange getempert wird, bis sich der Ηχ,-Aus- fläche verlaufen kann (IEEE Transactions on Magnegangswert der Schicht um wenigstens 10 Prozent tism, MAG.-5, S. 544 bis 553, 1969). Außerdem verringert hat, wobei Hk* definiert ist als die zur ao können Schichtkörper aus derartigen Materialien zur Drehung der Magnetisierung von der Vorzugs- Lichtablenkung oder -beugung verwendet werden, richtung in eine hierzu senkrechte Richtung er- wobei sie mit Interferenzeffekten arbeiten, (vgl. forderliche Feldstärke. T. R. Johansen, D. I. Norman und E. J.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- Torok, Abstract Journal, Konferenz über Magne zeichnet, daß zwischen 1270 und 1325^C C getempert »5 tismus und magnetische Materialien. Drucksache wird. GD-4, 16. November 1970).

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch Die Entstehung wachstumsinduzierter Anisotropie gekennzeichnet, daß bei 1200⁰C wenigstens in Graiiatschichten hat erhebliches wissenschaftliches 1 Stunde lang, bei um jeweils 5O⁰C erhöhter Interesse gefunden. Vor ihrem Bekanntwerden wurde Temperatur je um den Faktor 5 verminderter 30 angenommen, daß diese an sich kubischen Materia-Temperzeit, getempert wird. lien nichtkubische Anisotropie nur infolge von Deh-

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, nung zeigen können. Es wurden zwar unterschiedliche dadurch gekennzeichnet, daß so lange getempert Theorien zur Erklärung der Entstehung der wachswird, bis in der Schicht erzeugte einwandige tumsinduzierten Effekte aufgestellt, jedoch nahm die Domänen einen Durchmesser von etwa der Dicke 35 Fachwelt überwiegend an, daß sie auf Paarbildung der Schicht aufweisen. zurückzuführen sind. Für die bis heute beschriebenen

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, da- Materialien sind örtlich inhomogene Besetzungen an durch gekennzeichnet daß in einer Atmosphäre dodekaedrischen Gitterplätzen charakteristisch. Die getempert wird, die soviel Sauerstoff enthält, daß ursprünglichen Arbeiten befaßten sich in weitem der Sauerstoffpartialdruck dem bei der ange- 40 Umfang mit massiv gewachsenen Kristallen, und es wandten Temperatur in der Schicht herrschenden wurde beobachtet, daß die Orientierung der Vorzugs-Parialdruck des Sauerstoffs gleich ist. magnetisierungsrichtung in gewisser Weise von der

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, da- Wachstumsrichtung abhängig ist. So wurde beispielsdurch gekennzeichnet, daß in Sauerstoff getempert weise abhängig von der Zusammeusetzung eine wird. 45 [lll]-Richtung leichter Magnetisierbarkeit entweder

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden im wesentlichen normal oder im wesentlichen parallel Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zu einer freien (211)-Fläche gefunden. Spätere Unterwährend des Tem]:>eniOrgangs in der Schicht ein suchungen haben weitere Vorzugsmagnetisierungsparallel zur Oberfläche verlaufender Temperatur- richtungen im wesentlichen unter einer freien (110)-gradient erzeugt wird. 50 Fläche eines massiven Kristalls offenbart.

In jüngster Zeit wurde festgestellt, daß wachstumsinduzierte anisotrope Effekte ähnlich denjenigen

massiver Kristalle in hetero-epitaktisch gewachsenen

Schichten erzeugt werden können (Applied Physics 55 Letters 18, S. 89 bis 91, Februar 1971). Von beson-

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung derer Bedeutung ist dabei, daß diese Schichten

eines Schichtkörpers mit einer heteroepitaktischen Hauptebenen zeigen können, die thermodynamisch

Granatschicht, bei der ein dodekaedrischer Kristall- unstabile Flächen begrenzen. Derartige Schichten

gitterplatz von wenigstens zwei verschiedenen Ionen werden gegenüber massiven Kristallen bevorzugt,

besetzt ist, die jeweils, mit einem Anteil von wenig- 60 weil dünne Schichten leicht herstellbar sind und

stens 10% der Gesamtunzahl von den dodekaedrischen weil eine gleichförmige Vorzugsmagnetisierungsrich-

Platz besetzenden Ionen vorhanden sind, wobei die tung normal zur Hauptebene ohne den Gradienten

Granatschicht auf einem Granatsubstrat aufgewachsen der magnetischen Eigenschaften erzeugt werden kann,

wird, das einen relativ zur Schicht niedrigen Magneti- der für massive Kristalle im allgemeinen charak-

sierungswert hat, und. die Schicht eine senkrecht zu 65 teristisch ist.

ihrer Oberfläche verlaufende Vorzugsmagnetisierungs- Aus Journal of Applied Physics, 42 (1971), S. 367

richtung hat. Derartige Schichtkörper können ver- bis 375, ist das Aufstäuben einer Granatschicht mit

schiedene Funktionen erfüllen, so z. B. zur Speiche- relativ hohen Koerzitivkraftwerten bekannt. Dabei