DE2342886B2

DE2342886B2 - Magnetische Dünnschichtanordnung zum Verarbeiten von binär codierten Daten durch Verschieben von Zylinderdomänen und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE2342886B2
Application number: DE2342886A
Authority: DE
Inventors: Praveen Briarcliff Manor Chaudhari; Jerome John Bronx Cuomo; Richard Joseph Yorktown Heights Gambino
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1972-08-29
Filing date: 1973-08-24
Publication date: 1980-09-25
Also published as: FI57673B; ES417823A1; DE2342886A1; FR2198216A1; JPS5810727B2; DE2342886C3; FR2198216B1; DK144153B; CA1017450A; CH554049A; NO146381C; JPS4947043A; FR2198232B1; SE395982B; FR2198166B1; DK144153C; NO146381B; AU5879673A; IT989040B; JPS5734588B2

Description

Die Erfindung betrifft eine magnetische Dünnschichtanordnung zum Verarbeiten von binär codierten Daten durch Verschieben von Zylinderdomänen und Verfahren zu ihrer Herstellung.

Für diese Zwecke geeignete magnetische Schichten besitzen bekanntlich kristalline bzw. polykristalline Struktur und bestehen im wesentlichen aus Orthoferrit, Granat und dergleichen. Bei der Verwendung von derartigen magnetischen Schichten für Anordnungen der genannten Ar-¹: hat sich als Nachteil herausgestellt, daß derartige Schichten mit äußerster Sorgfalt hergestellt werden müssen, wobei ein beträchtlicher Herstellungsaufwand möglich ist, um fehlerfreie magnetische Schichten zu erzielen. Hierbei ist im allgemeinen ein Substrat mit kristalliner Struktur und hochglanzpolierter Oberfläche von ganz wesentlicher Bedeutung. Komplizierte Hochtemperaturverfahren dienen zum Aufbringen derartiger magnetischer Schichten auf die entsprechend vorbereiteten Substrate.

Auf der anderen Seite sind bereits amorphe magnetische Schichten für andere Anwendungszwecke hergestellt und in ihrem speziellep Verhalten untersucht worden. So ist z. B. im »Journal of Applied Physics« Bd. 42, Nr. 1, Januar 1971, auf den Seiten 367 ff. eine durch Kathodenzerstäubung aufgetragene amorphe magneti sehe Schicht beschrieben, die durch anschließende Tempemng in eine polykristalline Struktur umgesetzt wird. Derartige Schichten zeigen dann besondere Eigenschaften, die sie für magneto-optische Speicherzwecke geeignet erscheinen lassen. Im Buch »Material Science Research« Bd. 4, Seiten 493 ff, Jahrgang 1969, sind magnetische Untersuchungen an Gadolinium-Eisengranat-Schichten von 3 bis 5 nm Dicke beschrieben. Auch hier wiederum werden im amorphen Zustand hergestellte Schichten durch anschließendes Tempern in einen polykristallinen Zustand überfuhrt. Eine ferromagnetische amorphe Schicht, bestehend aus einer Legierung von Fe-C-P, ist im »Journal of Applied Physics« Bd. 38, Nr. 10, September 1967, auf den Seiten 4096 und 4097 beschrieben. Diese Schicht zeigt jedoch keine uniaxiale magnetische Anisotropie und es ist fraglich, ob sich überhaupt in einfacher Weise reproduzierbare Ergebnisse erzielen lassen. Im »Journal of Applied Physics«, Bd. 39, Nr. JÖ, September 1968, ist auf den Seiten 4700 ff. die Herstellung von dünnen ferrimagnetischen Granatschichten mit Hilfe der Kathodenzerstäubung beschrieben, die zur Verwendung in magneto-optischen Anordnungen sowie Mikrowellen- und Ultraschall-Funktionseinheiten vorgesehen sind. Hierbei zeigt sich, daß die im amorphen Zustand vorliegende Granatschicht superparamagnetisch ist und

daher keine weitreichende Ordnung aufweist, d h, es gibt keine spontan auftretenden Magnetmomente und auch keine uniaxfale Anisotropie, Allen obengenannten Literaturstellen ist gemeinsam» daß zur Umwandlung des amorphen Zustande in einen für eine Verwendung geeigneten polykristallinen Zustand erst eine Wärmebehandlung durchgeführt werden muß, damit die erhaltenen magnetischen Schichten praktisch brauchbar sind. In der Zeitschrift »Journal of Applied Physics«, Bd. 43, Nr. 5, Mai 1972, Seiten 2412 ff, werden Ergebnisse von Untersuchungen an amorphen FcGd^Legierungsdünoschichten gebracht Dabei zeigt sieb, daß die Magnetisierung im amorphen und kristallinen Zustand jeweils die gleiche ist Es zeigt sich weiterhin, daß bis hinauf zu 1 400 000 A/m noch keine Sättigungserscheinungen zu beobachten sind. Dies wird auf eine Anisotropie mit in der Schichtebene liegender Richtung zurückgeführt

Im übrigen sind die dünnen Magnetschichten der zuletzt erwähnten Art für die Verwendung bei magnetische Zylinderdomänen führenden Dünnschichten als mehr oder weniger ungeeignet anzusehen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, eine magnetische Dünnschichtanordnung der eingangs angegebenen Art mit einer zur Aufrechterhaltung und Verschiebung von zylindrischen magnetischen Einzelwanddomänen geeigneten dünnen magnetischen Schicht auszubilden, deren Herstellung keinen besonderen Aufwand erfordert indem übliche Schichtauftra gussverfahren Anwendung finden können. Bei derartigen magnetischen Schichten soll es außerdem möglich sein, größere Speicherdichten als bisher zu erzielen und die Magnetschichteigenschaften während der Herstellung je nach dem vorgesehenen Verwendungszweck dieser Magnetschichten entsprechend einzustellen.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst wie es im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegeben ist

Der Erfindung liegt die Entdeckung zugrunde, daß sich Magn-nschichten aus amorphen Substanzen herstellen lassen, die auch ohne Vorhandensein von mechanischen Spannungen eine uniaxiale Anisotropie aufweisen. Diese kann durch Einfallswinkelanisotropie, Formanisotropie oder auch Spannungsanisotropie in der Magnetschicht oder durch deren Kombination verursacht sein. Amorphe Magnet chichtzusammensetzungen der hier vorliegenden Art stellen somit im magnetischen Sinne angeordnete Substanzen dar.

Ihre nicht-magnetokristalline uniaxiale magnetische Anisotropie kann entweder parallel oder senkrecht zur Magnetschichtebene gerichtet sein. In amorphen Magnetsnhichtzusammensetzungen existiert dabei höchstens ein mikrokristallines Gefüge, wo atomare Nahordnung, wenn überhaupt vorhanden, nur in Bereichen von weniger als 10 nm, insbesondere weniger als 2,5 nm vorherrscht.

Nach der Erfindung besteht die dünne magnetische Schicht aus einer armophen Legierung aus einem Element der Seltenen Erden und einem der Elemente Eisen und Kobalt, insbesondere aus den Legierungen Gd-Co oder Gd-Fe, wobei der Gd-Bestandteil jeweils 10 bis 30% betragen kann.

Die magnetischen Eigenschaften derartiger amopher Zusammensetzungen lassen sich in vorteilhafter Weise währen des Abl?ufs des Herstellungsverfahrens selbst. sei es durch Beeinflussung eines entsprechenden Verfahrensganges ode · des Zusammensetzungsverhältnisses der Bestandteile der Magnetschicht in jeweils gewünschter Weise ändern. Andererseits lassen sich die magnetischen Eigenschaften derartiger Magnetschichtzusammensetzungen auch noch nach Anschluß des eigentlichen Herstellungsverfahrens in vorgebbarer Weise ändern, indem die Magnetschichten ohne unerwünschte Beeinträchtigung der magnetischen Eigenschaften entsprechend dotiert werden. So lassen sich Schichten aus Seltene-Erden-Übergangsmetall-Legierungen leicht mit Sauerstoff, Stickstoff, Kohlenstoff,

ίο Phosphor dotieren, um die angestrebten magnetischen Eigenschaften der Magnetschicht einzustellen.

Da die amorphen Magnetschichten gemäß der Erfindung nicht wie bisher einkristalline oder polykristalline Magnetschichten auf kristallgittermäßig sorgfäl- tig angepaßte Substrate aufgebracht zu werden brauchen und Gitterstörungen und Verunreinigungen in amorphen Magnetschichten überhaupt als gegenstandslos angesehen werden können, so daß die Domänenweiterleitung nicht beeinträchtigt werden kann, liegen die großen Vorteile der Erfindung auf der Hand.

Die Substrate zum Aufbringen i-tr erfindungsgemäßen amorphen Magnetschichten köuien aus Metall oder auch aus Isolatoren oder Halbleitern bestehen und bedarfsweise auch biegsam, beispielsweise aus Kunst stoff, ausgebildet sein.

Amorphe Magnetschichten gemäß vorliegender Erfindung lassen sich zudem für optisches Auslesen gespeicherter Daten verwenden, wobei der Lichtdurchgang durch die amorphe Magnetschicht vom Auftreten bzw. Nichtauftreten einzelner Zylindcrdomänen in entsprechenden Bereichen der amorphen Magnetschicht bzw. im Strahlengang abhängig ist

Ein großer Vorteil der Erfindung, nämlich der der einfachen Herstellbarkeit von amorphen Magnetschich ten, ergibt sich daraus, daß Kathodenzerstäubungsver fahren zum Schichtniederschlag auf beliebige Substrate, wie sie oben erwähnt sind, und zwar bei Raumtemperatur, Anwendung finden können. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung lassen sich bei den weiteren Unteransprüchen entnehmen. Anhand der graphischen Darstellungen der Zeichnung soll die Erfindung im einzelnen erläutert werden. Es zeigt Fig. IA eine graphische Darstellung der Sättigungs magnetisierung einer amorphen Gadolinium-Kobalt- Legierung bei Raumtemperatur in Abhängigkeit von der Kobalt-Konzentration,

Fig. IB einen schematisierten vergrößerten Ausschnitt der graphischen Darstellung nach Fig. IA mit infolge entsprechender Dotierung geringfügig verändertem Kurvenve'lauf,

Fig.2A eine graphische Darstellung des Reziprokwerts der die Domänenstabilität festlegenden charakteristischen Länge /einer amorphen Gadolinium-Kobalt- Legierung in Abhängigkeit von der Kobalt-Konzentration,

F i g. 2B eine graphische Darstellung der charakteristischen Länge / einer amorphen magnetischen Schicht in Abhängigkeit »on der Schichtdicke,

W) F i g. 3 eine graphische Darstellung der Domänenwandenergie (4xa„) in Abhängigkeit von der Substratvorspannung beim Niederschlag einer amorphen Magnetschicht mittels Kathodenzerstäubung.

Fig. 4 eine graphische Darstellung der Nieder-

schlagsratc bei Kathodenzerstäubung in Abhängigkeit von der aufgewendeten Hochfrequenzleistung, und zwar einmal unter Wirkung eines in Richtung der Flächennormale angelegten Magnetfeldes und zum

anderen ohne Magnetfeldeinfluß,

Fig.5 eine graphische Darstellung der uniaxialcn Anisotropie K₁₁ einer amorphen Magnetschicht in Abhängigkeit von der Magnetschichtdicke,

Fig.6 eine graphische Darstellung der Nieder- '■> schlagsrate im logarithmischen Maßstab in Abhängigkeit vom Reziprokwert der Substrattemperatur.

Überwiegend amorphe magnetische dünne Schichten lassen sich mit uniaxialer magnetischer Anisotropie herstellen, wobei vereinfachte Herstellungsverfahren in bei entsprechend hoher Ausbeute Anwendung finden, wie beispielsweise Schichtniederschlag im Vakuum auf Substrate jeglicher Art.

Bei aus mehreren Komponenten bestehenden amorphen magnetischen Schichten muß mindestens eine i> Komponente einen ungepaarten Elektronenspin aufweisen, so daß die betreffende amorphe Substanz insgesamt ein magnetisches Moment besitzt. Obwohl es sich also hier um eine strukturlose Substanz handelt, liegt dennoch im magnetischen Sinne eine Fernordnung :o vor.

Die erfindungsgemäß verwendeten amorphen magnetischen Schichten besitzen uniaxiale Anisotropie in Richtung der Flächennormale.

Bei amorphen magnetischen Schichten können r> mehrere Arten von magnetischer Anisotropie, nämlich Einfallswinkelanisotropie, Formanisotropie und Spannungsanisotropie, einzeln oder in Kombination auftreten. Diese Anisotropiearten der Magnetisierung sind an sich bekannt. Es genügt, hier zu erwähnen, daß sich bei Schrägeinfall der Substanzteilchen auf das Substrat durch eine Paarbildung von Atomen eine uniaxiale Anisotropie einstellt. Die Formariisotropie ist bedingt durch die Geometrie einzelner magnetischer Elementarbereiche. Eine geordnete Anhäufung von Atomen r> innerhalb eines solchen Elementarbereichs bei einem im wesentlichen ungeordneten Material führt dabei zu einer Magnetisierung, die vorzugsweise in Längsachse einer derartigen Atomanhäufung bzw. in der Schkhtebene ausgerichtet ist. Senkrecht zu dieser »leichten« -to Richtung bzw. Ebene der Magnetisierung liegen starke Entinagnetisierungsfeldcr vor. Phasengrenzflächen im amorphen Material lassen ebenfalls eine Anisotropie dieser Art entstehen. Die Phasengrenzflächen betreffen sowohl benachbarte, jedoch unterschiedlich zusammengesetzte Elementarbereiche als auch benachbarte Elementarbereiche derselben Zusammensetzung, aber mit unterschiedlichen Strukturphasen, wobei ein Bereich amorph und der andere mehr monokristalliner Natur sein kann. Als Beispiel für das Auftreten von Phasengrenzflächen läßt sich eine amorphe magnetische Legierung, bestehend aus Gd-Co, anführen, wo die einen Elementarbereiche reich an Co und die anderen Elementarbereiche reich an Gd sein können. Bei benachbarten Elementarbereichen bedingen dann die auftretenden Phasengrenzflächen uniaxiale Anisotropie. Spannungsanisotropie beruht auf Unterschieden zwischen der Gitterstruktur des Substrats und Ordnungsparametern in Elementarbereichen einer hierauf niedergeschlagenen amorphen Schicht oder auf Diffe- so renzen der thermischen Ausdehnungskoeffizienten der amorphen Schicht und des betreffenden Substrats, in Verbindung mit der Magnetostriktion der Schicht.

Die amorphen magnetischen Schichten können durchaus auch είπε örtlich beg^r.zte atomare Ordnung, fcs also Nahordnung, wie in Flüssigkeiten, aufweisen. Eine Nahordnung liegt in Bereichen zwischen 2,5 bis 10,0 nm vor. wenn die betreffende Substanz im wesentlichen mikrokristallin ist, während für Nahordnung in Bereichen von weniger als 2,5 nm davon auszugehen ist, daß es sich dann im wesentlichen um amorphe Substanz handelt. Der Nachweis für atomare Nahordnung und ihr Ausmaß und damit für das Vorliegen amorphen Zustands läßt sich mit Hilfe bekannter elektronenoptischer Methoden erbringen.

Für die vorgesehenen Anwendungszwecke brauchbare amorphe magnetische Substanzen sind binäre und ternäre Legierungen und Verbindungen aus Seltenen Erden und Übergangsmetallen. Beispiele hierfür sind Gd-Co₁Gd-Fe, Y-Co, La-Co und dergleichen. Die L.egierungszusammensetzungen lassen sich über einen weiten Bereich variieren, ohne daß durch Stfichiometrie oder wegen der in den Phasendiagrammen festgelegte Bedingungen für das thermodynamische Gleichgewicht der Bestandteile Einschränkungen notwendig wären. Die magnetischen Eigenschaften der betreffenden Substanzen können daher jeweils auf die beabsichtigte Verwendung zugeschnitten werden.

Binäre Verbindungen oder Legierungen aus den zuvor aufgeführten Elementen sind im allgemeinen relativ leicht zu verarbeiten, da sie im Gegensatz zu aus nur einem Element bestehenden amorphen magnetischen Schichten ihren amorphen Zustand über größere Temperaturbereiche beibehalten können. Zur Erleichterung der Herstellung oder zur Beeinflussung der magnetischen Eigenschaften können kleine Mengen nichtmagnetischer Elemente, z. B. O, C, P und N. zugesetzt werden. Eine andere mögliche Änderung bei binären amorphen Legierungen besteht in der Zugabe nichtmagnetischer Bestandteile in höherer Konzentration, nämlich 2 bis 50 Atomprozent, um die magnetischen Eigenschaften der Schichten dem jeweiligen Verwendungszweck anzupassen. So kann z. B. Kupfer zugesetzt werden, um das magnetische Moment der Schichten abzuschwächen. Dasselbe gilt auch für ternäre Verbindungen bzw. Legierungen oben erwähnter Elemente. In allen Fällen sollte jedoch darauf geachtet werden, daß die Menge der zugesetzten nichtmagnetischen Elemente unterhalb eines gewissen Anteils bleibt, damit die magnetische Fernordnung in der magnetischen Schicht nicht unwirksam wird.

Es hat sich herausgestellt, daß die magnetischen Eigenschaften derartiger amorpher magnetischer Schichten sowohl sehr stark vom prozentualen Anteil der einzelnen Materialbestandteile als auch weniger stark von den bei der Herstellung angewandten Schichtniederschlagsbedingungen abhängen.

Anhand von Elektronenstrahl-Beugungsaufnahmen lassen sich amorphe und kristalline Schichten voneinander unterscheiden. So sind Elektronensirahl-Beugungsmuster mit verschwommenen Konturen charakteristisch für amorphe Schichten, während Elektronenstrahl-Beugungsmuster mit scharfen Konturen kristallinen Schichten eigentümlich sind.

Elektronenstrahl-Beugungsmuster einer für die Erfindung verwendeten Gd-Co-Legierung zeigen so typische Merkmale amorpher Schichten.

Ein Elektronenstrahl-Beugungsmuster derselben Legierung also Gd-Co, weist jedoch demgegenüber nach zusätzlich durchgeführter Wärmebehandlung bei 30O⁰C typische Merkmale kristalliner Schichten auf.

Die für die vorgesehene Anwendung erforderliche niedrige Sätägungsmagnetisierung Ms läßt sich in amorphen magnetischen Schichten leicht dadurch erzielen, daß andere magnetische Atome zugesetzt werden, die antiferromagnetisch mit den schon vorhan-

denen magnetischen Atomen in Wechselwirkung treten. Um die Sättigungsmagnetisierung der amorphen Legierung Gd-Co herabzusetzen, wird z.B. das Anteilverhältnis von Gd zu Co so eingestellt, daß sich die magnetischen Momente beider Komponenten -, annähernd aufheben bzw. kompensieren.

Während des Herstellungsverfahrens kann wie folgt vorgegangen werden: Ein Gemisch der Legierungsbestandteile wird geschmolzen und in scheibenförmiger Form gegossen, um so die Prallplatte für eine in Kathodenzerstäubung zu bilden. Die {j^ewunsch^te Zusammensetzung der Schicht kann entweder während der Herstellung dieser Prallplatte eingestellt oder während des Aufstäubens der Magnetschicht selbst verändert werden, indem die Vorspannung am Substrat derart verändert wird, daß einer oder auch mehrere der Legierungsbestandteile bevorzugt niedergeschlagen werden. Andererseits läßt sich aber auch mit Hilfe einer

in die niederzuschlagende Magnetschicht einbringen. >o

Werden Dünnschichten durch Vakuumaufdampfung hergestellt, kann die Konzentration entsprechender Anteile in der Verdampfungsquelle verändert oder auch eine zusätzliche Verdampfungsquelle mit dem zuzusetzenden Element vorgesehen werden.

Fig. 1 zeigt eine Kurve der Sättigungsmagnetisierung 4nMs einer amorphen Gd-Co-Legierung bei Raumtemperatur als Funktion der Kobaltkonzentration. Aus dieser Kurve ist zu ersehen, daß die Anzahl der magnetischen Co-Atome in der amorphen Legierung die Magnetisierung bestimmt. Das Zusammensetzungsverhältnis in der Nähe des Sättigungsmagnetisierungsminimums ist besonders interessant für Legierungen mit niedrigem magnetischem Moment und hoher Curie-Temperatur. Weil beispielsweise in Gd-Co-Legierungen das Minimum der Sättigungsmagnetisierung in der Nähe von 79 Atomprozent Kobalt durch Kompensation der magnetischen Momente von Gd und Co und nicht durch Abschwächungseffekte der Magnetisierung bedingt ist, wird die Curie-Temperatur Tcnicht beeinflußt, die weitgehend durch Co-Wechselwirkung bestimmt ist. Demzufolge läßt sich der Wert für die Sättigungsmagnetisierung des betreffenden Materials bei Raumtemperatur unterschiedlich einstellen, während der Wert für Tc immer noch innerhalb der angestrebten Bereiche gehalten werden kann.

Eine andere Möglichkeit, die Sättigungsmagnetisierung einer amorphen Legierung zu verändern, besteht im Zusatz kleiner Mengen von Stickstoff, während die amorphe Legierung auf das Substrat aufgestäubt wird. Beim Aufstäuben von Gd-C05 in Argon, hat z. B. ein Zuschlag kleiner Mengen von N2, nämlich etwa 1 Volumprozent Stickstoff in Argon, zur Folge, daß die Sättigungsmagnetisierung heraufgesetzt wird, ohne dabei die uniaxiale Anisotropie der amorphen magnetisehen Substanz zu zerstören. Stickstoffbindungen mit Gd schwächen dabei die antiferromagnetische Wechselwirkung zwischen Gd und Co ab.

Das magnetische Moment des Co-Untergitters wird jedoch nicht so wirkungsvoll durch das des Gd-Unter- bo gitters kompensiert, so daß insgesamt gesehen die Sättigungsmagnetisierung noch zunimmt

F i g. 1B zeigt in einem vergrößerten Ausschnitt die Kurve der Sättigungsmagnetisierung Ms. einer amorphen Gd-Co-Legierung in Abhängigkeit vom Kobalt- b5 anteil in einem Bereich von etwa 70 bis 90 Atom-% Co, der das ausgeprägte Minimum der Sättigungsmagnetisierung enthält Mit Hilfe des Diagramms wird die Beeinflussung der Sättigungsmagnetisierung durch einen Stickstuffanteil in der Magnetschicht erläutert:

Weist eine Gd-Co-Legierung eine Zusammensetzung entsprechend dem Punkt A in Fig. IB auf, so ergibt ein zusätzlicher Anteil von N? in der Magnetschicht eine Erhöhung der Sättigungsmagnetisierung, als ob ein höherer Kobaltanteil in der Legierung vorhanden wäre. Wird andererseits von einer Legierung mit einem Gd-Co-Verhältnis entsprechend dem Punkt C in der Kurve nach Fig. IB ausgegangen und Stickstoff beim Schichtniederschlag zugesetzt, dann verschiebt sich die Sättigungsmagnetisierung in der sich ergebenden Magnetschicht in Richtung zu ihrem Minimum hin. Somit kann durch einfaches Zusetzen von N2 zum niederzuschlagenden Material eine höhere oder eine niedrigere Sättigungsmagnetisierung erzielt werden, je nachdem welcher Kurvenast der Sättigungsmagnetisierungskurve für die betreffende Legierung

In der magnetischen Schicht stellt die Koer/itivfeldstärke H_c eine maßgebliche Größe für die leichte Beweglichkeit von Zylinderdomänen dar, deren Einstellung durch Ausbildung bestimmter Korngrößen möglich ist. Bekanntlich ist die Koerzitivfeldstärke von der Korngröße anhängig und zeigt für einen bestimmten Korngrößenwert ein Maximum, so daß sie für kleinere und größere Korngrößen abnimmt. So ist z. B. die Koerzitivfeldstärke in denjenigen magnetischen Materialien hoch, deren Korngröße der Domänenwandbreite entspricht.

Die Korngröße kann durch Zusatz von Dotierungsstoffen wie N2 und O2, beeinflußt werden. Derartige Zusätze ändern den der Korngröße entsprechenden Ordnungsbereich in der amorphen Schicht im Verhältnis zur Domänenwanddicke <5. Ist ό größer als dieser Ordnungsbereich, dann ist der Wert für H_c gering, während für ein ö gleicher Größenordnung wie der Ordnungsbereich der Wert für H_rfür ein Maximum ist.

Die Anwendung von Ionenimplantation bis in vorgebbare Tiefe der amorphen magnetischen Schicht ist hierbei im allgemeinen vorteilhaft, da nämlich amorphe Schichten nicht übermäßig erhitzt werden sollen. Erwärmung über bestimmte Temperaturen hinaus hat zur Folge, daß die amorphe Substanz einen irreversiblen Übergang in einen kristallinen Zustand erfährt. Um andererseits Korngrößen oder Kristallite gewünschter Größe herbeizuführen, kann die amorphe Magnetschicht auch bis zum Einsetzen entsprechender Kristallisierung getempert werden.

Andere Verfahren zur Beeinflussung der Koerzitivfeldstärke bestehen in einer Oberflächenbehandlung, wie Abtragen durch Zerstäuben oder Ionenbombardement, um die Oberflächenstruktur aufzurauhen. Dadurch hinwiederum läßt sich die Beweglichkeit der Zylinderdomänen in einer amorphen Magnetschicht beeinflussen.

Ohne den Materialzustand nachteilig zu beeinflussen, IaBt sich die Zusammensetzung amorpher magnetischer Legierungen zur Einstellung der Curie-Temperatur entsprechend verändern, wobei keine Einschränkungen durch vorgegebene Parameter eines Phasendiagramms wie bei kristallinen Materialien vorliegen. Legierungsanteilsänderungen über große Bereiche (ungefähr 50 Atomprozent) können außerdem vorgesehen werden, solange hierdurch nicht die uniaxiale Anisotropie des Materials beeinträchtigt wird. Im allgemeinen ändert sich die Curie-Temperatur linear mit dem Anteil vorhandener magnetischer Atome. Für eine amorphe

Gd-Co-Legierung senkt z.B. die Zugabe einer kleineren Menge magnetischer Atome, wie Ni, Cr, Mn, oder nichtmagnetischer Atome, wie Cu, Al, Ag, Pd, Ga, In usw., die Curie-Temperatur ab, während der Zusatz eines Elementes, wie Fe, die Curie-Temperatur anzuheben vermag. Die Stärke der magnetischen Wechselwirkung im magnetischen Materia! ändert sich entsprechend den zugesetzten Elementen.

Eine größere Drehung aufgrund des Faraday-Effekts oder des magnetooptischen Kerr-Effekts erfährt ein auf eine amorphe magnetische Schicht einfallender linear polarisierter Lichtstrahl, wenn ein starkes magnetisches Moment vorliegt. Hierzu können der amorphen magnetischen Schicht Dotierungsstoffe, bestehend aus Seltenen Erden, wie Tb, Dy, Ho. oder entsprechende Legierungszuschläge zugesetzt sein. Im Falle einer amorphen Gd-Co-Legierung z. B. wird durch Erhöhen des Co-Anteiles die Polarisationsdrehung aufgrund des Farauuy-Efiekis vergrüBeri. Für eine giuue FuiaiiSutionsdrehung sollte daher die Sättigungsmagnetisierung ^TtMs einen möglichst hohen Wert haben, z. B. 0.8 bis 1,OT.

Die charakteristische Länge /, genannt /-Parameter, stellt eine Größe dar, die speziell für den Entwurf und die Konstruktion von magnetischen Dünnschichtanordnungen für Zylinderdomänen von Bedeutung ist. Zur Definition dieses /-Parameters wird z. B. auf eine Veröffentlichung von A. A. Thiele in »Journal of Applied Physics«, Bd. 41, Heft 3. März 1970, Seiten 1130 ff. verwiesen.

Dieser /-Parameter hängt sehr stark vom Verhältnis der Legierungsanteile in der amorphen magnetischen Substanz ab. F i g. 2A zeigt die Änderung des Reziprokwertes dieses /-Parameters, genauer gesagt der Größe (KiJAn)(MI), in Abhängigkeit von der Konzentration magnetischer Ionen in einer amorphen magnetischen Legierung, die im vorliegenden Fall wiederum aus Gd-Co besteht. Auf der Abszisse der graphischen Darstellung ist die Co-Konzentration aufgetragen. Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß der /- Parameter in weitem Bereich geändert werden kann, indem die Zusammensetzung der amorphen: Legierung entsprechend verändert wird. Die Kurve in der graphischen Darstellung nach Fig. 2A hängt zwar in ihrem Verlauf von den verschiedenen Anteilen in der Gd-Co-Legierung ab. jedoch sind zur Herstellung entsprechender Legierungsproben alle übrigen Herstellungsparameter unverändert gelassen. Werden diese Legierungen nämlich unter voneinander abweichenden Herstellungsparametern hergestellt, dann ergeben sich auch unterschiedliche Werte für den /-Parameter. Da das Legierungsverhältnis in amorphem magnetischem Material im Gegensatz zu kristallinem magnetischem Material leicht in weiten Grenzen variiert werden kann, läßt sich damit auch der /-Parameter in gewünschtem Maße leicht abändern.

F i g. 2B zeigt die graphische Darstellung für die Abhängigkeit des /-Parameters von der Dicke h eines amorphen magnetischen Filmes. Unterhalb einer kritischen Dicke für jede Legierungszusammensetzung ergibt sich, wie hieraus hervorgeht, keine ausreichende Anisotropie in Richtung der Flächennormalen, die für eine Aufrechterhaltung von Zylinderdomänen in einer Magnetschicht erforderlich ist; deshalb ist auch die Kurve unterhalb der kritischen Dicke für arnorpht magnetische Schichten nur in Form einer gestrichelten Linie angedeutet. Für die dieser Kurve entsprechende Legie-.-ungszusammensetzung, nämlich 20 Atomprozent Gd und 80 Atomprozent Fe, ist demnach eine Dicke von 0,2 μπι noch als ausreichend anzusehen, um eine senkrecht zur Schichtfläche gerichtete Anisotropie zur Aufrechterhaltung von Zylinderdomänen zu erhalten.

Die Domänenwandenergie o„ ist in gewisser Weise von diesem /-Parameter der amorphen magnetischen Schicht abhängig. Die Domänenwandenergie o„ ist direkt proportional der Beziehung ][AK,_h worin A die Wechselwirkungskonstante und K_u die Konstante der uniaxialen, senkrecht zur Schichtfläche ausgerichteten Anisotropie ist. Die graphische Darstellung nach F i g. 3 zeigt die Abhängigkeit der Domänenwandenergie 4;ro„, gemessen in J/cm, von der Substratvorspannung gegen Masse während des Niederschlags von amorphen Gd-Co-Legierungen mit 80 bis 85 Atomprozent Co durch Kathodenzerstäubung. Die Kathodenzer.täubungs-Apparatur wird mit Gleichstrom betrieben, indem zwischen Anode und Kathode eine Spannung

VUI! ClWu ixjynj τ angingt miu. ιτιιι J»-rn_iiig^i

Einstellung der Substratvorspannung lassen sich Zusammensetzung und magnetische Eigenschaften der niederzuschlagenden amorphen Schicht beeinflussen. So kann auch die Domänenwandenergie «„ während der Herstellung der amorphen magnetischen Schichten in weiten Grenzen abgeändert werden, ohne daß nachteilige Wirkungen zu befürchten sind.

Die Domänenwandenergie o» kann auch durch entsprechende Einstellung der Wechselwirkungskonstante A oder der uniaxialen, in Richtung der Flächennormale gerichteten Anisotropie K,.. verändert werden. Die Wechselwirkungskonstante A charakterisiert die Stärke der magnetischen Austauschkräfte und ist proportional der Curie-Temperatur T₍ . Demzufolge ändert sich die Wechselwirkungskonstante A mit der Zusammensetzung der Schicht.

Die uniaxiale Anisotropie K₁, der amorphen magnetischen Schicht kann durch entsprechende Abwandlung des Herstellungsverfahrens verändert werden. Hierzu ist z. B. die Niederschlagsrate ein Bestimmungsfaktor, ebenso wie die Dicke der niedergeschlagenen Magnetschicht. Allgemein ist die uniaxiale A. isotropie eine Funktion von Materialzusammensetzungen und Schichtwachstumsbedingungen. Diese Faktoren werden im einzelnen im die Herstellungstechnik betreffenden Abschnitt behandelt. Die^ Domänenwanddicke entspricht der Beziehung ^fAK₁₁. Wie bereits gesagt, hängt die uniaxiale, in Richtung der Flächennormalen liegende Anisotropie K₁₁ von der Dicke der amorphen Magnetschicht und von der Niederschlagsrate ab. Die Domänenwanddicke kann daher durch entsprechendes Einstellen der Anisotropie K_u verändert werden, die wiederum eine Funktion von Zusammensetzung der amorphen Magnetschicht sowie Anteilen ihrer Bestandteile und von zur Herstellung der amorphen Magnetschicht angewandten Niederschlagsverfahren ist.

Die Zylinderdomänenabmessung stellt eine Funktion von charakteristischer Länge /und Dicke der Magnetschicht dar. Allgemein wird die Zylinderdomänenabmessung so gewählt, daß die Arbeitsweise der entsprechenden Baueinheit optimal sein kann. Für Zylinderdomänen beherbergende Magnetschichten ist z. B. die charakteristische Länge / durch folgende Beziehung vorgegeben:

AK₁₁

Demzufolge lassen sich Charakter .—!.~:ne Länge und Domänenabmessung durch entsprechende Änderung

der Sättigungsmagnetisierurtg Ms, der uniaxialen Anisotropie Ku und der Wechselwirkungskonstante A variieren. Die Wechselwirkungskonstante ist proportional der Curie-Temperatur und damit für Legierungen mit höheren Curie-Temperaturen entsprechend größer. Die Sättigungsmagnetisierung Ms resultiert aus magnetischen Spins und ihrer Ausrichtung, nämlich parallel oder antiparallel. Die letztgenannte Größe ist temperaturabhängig und kann durch Änderung der Zusammensetzung der amorphen Magnetschicht und der zu ihrer Herstellung angewandte Wachstumsparameter eingestellt werden. Infolgedessen läßt sich auch die Domänenabmessung über weite Bereiche leicht ändern. Zur Herstellung amorpher magnetischer dünner Schichten können Niederschlagen aus der Dampfphase und schnelle Abkühlung der Legierungsbestandteile aus flüssiger auf gekühlter Oberfläche angewendet werden, wobei dann anschließend ionenimplantation zur Hertropie charakteristisch sind.

In dem der F i g. 4 zugrundeliegenden Beispiel ist der Niederschlag sowohl unter Einwirkung eines in Richtung der Normalen zur Substratoberfläche angelegten Magnetfeldes mit einer Stärke von 4000 A/m als auch ohne Magnetfeld durchgeführt, so daß sich die Auswirkung eines Magnetfeldes während des Niederschlags erkennen läßt. Die Auswirkungen des angelegten Magnetfeldes sind allerdings nicht allzu groß, wen ■ auch eine geringfügige Verbesserung des Zersiäubungswirkungsgrades zu verzeichnen ist.

Wird die in einer Zerstäubungseinrichtung zum Schichtniederschlag benutzte Substratvorspannung erhöht, dann steigt auch allgemein die Anisotropie in der niedergeschlagenen Magnetschicht, weil die Vorspannung bereits eingefallene Ionen von der Obcrfläcl e der niedergeschlagenen Lape der Magnetschicht durch darauffolgendes Ionenbombardement zu lösen vermag.

ueifühiung 'jcr Aiiisuuupie ueiiui^i wiiu. im allgemeinen sind diese amorphen Magnetschichten in ihren Eigenschaften von der Niederschlagsrate der Partikel auf dem Substrat, der Temperatur des Substrates und dem Einfallswinkel der sich auf dem Substrat anlagernden Atome bzw. Ionen abhängig. Wenn die hierbei einfallenden Partikel nicht in den Gleichgewichtszustand mit Gitterplätzen des Substrats gelangen können, dann stellt sich erhöhte Neigung zur Ausbildung amorpher Schichten ein. Hierzu wird auf das Buch von S. Mader mit dem Titel »""he Use of Thin Films in Physical Investigations«, herausgegeben von ). C. Anderson, Verlag Academic, New York, 1966, Seite 433 und die USA-Patentschrift Nr. 34 27 154 hingewiesen, wo die Herstellung dünner amorpher Schichten im einzelnen beschrieben sind.

Eine vom Einfallswinkel abhängige Anisotropie tritt in amorphen Magnetschichten auf, wenn die sich auf das Substrat niederschlagenden Partikel nicht in Richtung der Flächennormale auftreffen, sondern noch eine Geschwindigkeitskomponente parallel zur Substratoberfläche haben, wodurch eine uniaxiale, in Richtung der Normale liegende Anisotropie entsteht. Streifende Einfallswinkel führen nämlich zu erhöhter Partikelbeweglichkeit parallel zum Substrat, so daß sich die Partikel auch noch in seitlichen Richtungen bewegen können und damit im Stande sind, derartige Gitterplätze zu wählen, die minimale Energie des Systems infolge lokaler entmagnetisierender Felder bedingen.

Eine andere Möglichkeit zur Erzielung uniaxialer Anisotropie besteht darin, die Niederschlagsrate der einfallenden Partikel entsprechend einzustellen, ist diese Niederschlagsrate zu hoch gewählt, dann ist für auf die Substratoberfläche einfallenden Partikel die Möglichkeit genommen, sich mehr oder weniger frei entlang der Substratoberfläche zu bewegen, also die Partikelbeweglichkeit parallel zum Substrat beeinträchtigt. In diesem Zusammenhang wird auf Fig.4 verwiesen, wo in einer Kurve die Niederschlagsrate nm/s in Abhängigkeit von der in der Kathodenzerstäubungsanlage aufgewandten Hochfrequenzleistung aufgetragen ist. In diesem Beispiel besteht wiederum das amorphe magnetische Material aus Gd-Co. Aus F i g. 4 ergibt sich eine kritische Niederschlagsrate von 0,4 nm/s für vorgegebene Substrattemperatur und Zusammensetzung der Prallplatte. Das erklärt weshalb bei einer Niederschlagsrate von 0,4 nm/s Gd-Co-Proben, die etwa 80 Atomprozent Co enthalten, Domänenmuster zeigen, wie sie für senkrecht zur Schichtebene in der amorphen Gd-Co-Schicht gerichtete uniaxiale Aniso

Demzufolge l'lduOii uänn aüCii uiC

große Beweglichkeit parallel zur Substratoberfläche, so daß sie entsprechend bevorzugte Plätze einnehmen können, was wie gesagt entweder das Herbeiführen einer Formanisotropie oder einer Dipolanisotropie fördert.

In der Kurve nach F i g. 5 ist die uniaxiale Anisotropie K₁, einer amorphen Magnetschicht in )/cm' als Funktion der Dicke h in μηι aufgetragen. Für das Beispiel einer amorphen Magnetschicht auf einem Gd-Fe-Substrat ergibt sich, daß eine kritische uniaxiale Anisotropie von etwa 1,2 ■ iO- J/cm^! erforderlich ist, um hierin Zylinderdomänen aufrechterhalten zu können. Für die Stabilitätsbedingung gilt dann, daß /\.'„£2--rMs sein muß. Diese kritische uniaxiale Anisotropie tritt bei einer Schichtdikke von 0,2 μιη auf.

Beim Niederschlag amorpher magnetischer Schichten wird die Substrauemperatur relativ niedrig gehalten, nämlich auf Raumtemperatur oder niedriger, jedenfalls muß die Substrattemperatur niedriger sein als diejenige Temperatur, die zur Kristallisation der betreffenden Materialien führt. Bei amorphen Gd-Co-Schichten gilt so als obere Grenze für die Substratteinperatur ein Wert von etwa 300°C, nämlich der der Kristallisationstemperatur in diesem Falle, 'i F i g. 6 ist im logarithm! Vn Maßstab die Niederschlagsrate in Abhängigkeil ler reziproken Substrattemperatur

für Gd-Co- unu Gd-Fe-Legierungen aufgetragen. Aus dieser Kurve ist zu ersehen, daß amorphe Magnetschichten, abhängig von der Niederschlagsrate, über einen großen Bereich der Substrattemperatur aufgebracht werden können. Ungeachtet der tatsächlichen Niederschlagsrate muß allerdings wie gesagt die Substrattemperatur unterhalb derjenigen Temperatur liegen, bei der Kristallisation eintreten kann, um amorphe Magnetschichten herstellen zu können.

Amorphe Magnetschichten, deren jeweilige Anisotropieachse in Richtung ihrer Ebene liegt, können in Magnetschichten mit Anisotropieachse in P.ichtung ihrer Flächennormale umgewandelt werden, indem sie in einem zu dieser Richtung parallelen Magnetfeld getempert werden. Die Erhitzung von Gd-Co-Magnetschichten auf etwa 300 bis 400⁰C läßt die in Schichtebene gerichtete Anisotropie in eine in Richtung der Flächennormale ausgerichtete Anisotropie umschlagen. Mit wachsender Schichtdicke nimmt andererseits aber die Wahrscheinlichkeit für eine Ausbildung senkrechter, d. h. in Richtung der Flächennormale liegende Anisotropie zu. So zeigen z.B. Gd-Co-Schichten mit einer Dicke von mindestens 200 nm im

allgemeinen in Richtung der Flächennormale liegende Anisotropie.

In magnetischen Dünnschichtanordnungen zum Verarbeiten von binar codierten Daten durch Verschieben von Zylinderdomänen muß die Magnetschicht eine niedrige Sättiguugsmagnetisierung AnMs und eine uniaxiale Anisotropie der Magnetisierung senkrecht zur Schichtebene aufweisen. Außerdem sollte für die Magnetschicht die Güte Q=HJAnMs größer als 1 sein, wobei H, die Feldstärke der uniaxialen Anisotropie und Afc die Sättigungsmagnetisierung sind. Außerdem sollte die Koerzitivfeldstärke des Schichtmaterials niedrig sein, damit sich Zylinderdomänen leicht innerhalb der amorphen Magnetschicht erzeugen fort bewegen und löschen lassen. Es werden im allgemeinen amorphe Materialien mit niedrigen Werten für die Sättigungsmagnetisierung benutzt, weil es ansonsten schwierig ist, sehr hohe eingeprägte Anisotropiefelder H, zu erhalten.

Niedrige magnetische Momente bei relativ hohen Umordnungstemperaturen, wie sie bei erfindungsgemaß verwendeten armorphen Schichten vorliegen, sind für bei Raumtemperatur betriebene Baueinheiten gut geeignet Entsprechende Beispiele für derartige amorphe magnetische Legierungen sind Gd-Co-Legierungen mit 70 bis 90% Co und Gd—Fe-Legierungen mit 70 bis 90% Fe.

Da für Zylinderdomänen beherbergende Magnetschichten eine niedrige Koerzitivfeldstärke H_c erforderlich ist, sollte die Domänenwanddicke δ größer sein als der jeweilige atomare Nahordnungsbereich im amorphen Material Wenn örtliche Abweichungen hinsichtlich Phasengrenzen, Korngrößen usw. im amorphen magnetischen Material kleiner als die Domänenwanddicke ö sind, dann läßt sich ihr Einfluß auf die Beweglichkeit der Zylinderdomänen vernachlässigen. J5 Weiterhin sind Mikrokristaile in der Größenordnung von etwa 2£ bis 10 nm in der Magnetschicht nicht unbedingt der Zylinderdomänen-Beweglichkeit abträglich. Solange sich die Korngröße der amorphen magnetischen Schicht nicht der Domänenwanddicke nähert, bleibt jedenfalls die Koerzitivkraft H_c gering.

Die Domänenwanddicke 6 nimmt der Curie-Temperatur Tc zu, weil die Wechselwirkungskonstante A unter Berücksichtigung der Beziehung: o_w—A ebenfalls mit T_c wächst. Dementsprechend müssen hohe Wechselwirkungskonstanten zur Erzielung großer Domänenwand-Jicken angestrebt werden. Die Domänenwanddicke <J sollte aber nicht zu groß sein, da damit ja auch die Anisotropieenergie zunimmt, die die Zylinderdomänenbeweglichkeit beeinträchtigt. Für amorphe Magnet- schichten ist es daher im allgemeinen zweckmilßig, niedrige Domänenwandenergie a_w anzustreben, was gleichbedeutend ist mit der Verwendung von Materialien niedrigen Curie-Punktes T₀

Als Beispiele für das Substratmaterial lassen sich « anführen: NaO, SiO₂, Si, Ge, GaAs, AI₂O₃ und die verschiedensten Arten von Gläsern polierte Quarzgußstücke und Saphir. So kann ein Laminat mit amorpher Magnetschicht aus GdCo₅ auf einem Substrat aus NaCI hergestellt sein. Die amorphe Magnetschicht ist hierbei durch Kathodenzerstäubung aufgetragen. Die verwendete Prallplatte aus GdCo? besteht aus einem Körper, der im Lichtbogenofen erschmolzen ist. Beim Zerstäubungsvorgang wird das Substrat durch Wasserkühlung auf etwa 20⁰C gehalten, wobei über eine Galliumzwischenschicht ein guter thermischer Kontakt mit dem eigentlichen Kühlblock gewährleistet ist. In einer sich ergebenden 75 nm dicken amorphen Magnetschicht lassen sich senkrecht ausgerichtete Zylinderdomänet herbeiführen.

ta einem weiteren Herstellungsgang sind untei gleichen Herstellungsbedingungen auf Substraten, be stehend aus NaCI, SiO₂ und Al₂O₃, etwa 1 ym dicke Magnetschichten aufgebracht Diese Magnetschichter lassen hierin durch Beobachtung über Bittersche Streifen und mittels Kerr-Effekt Streifendomäner erkennen. Ein in Richtung der Flächennormale einwirkendes Magnetfeld in der Größenordnung von ΙΟ⁴ Α/π zieht die Streifendomänen zu Zylinderdomänen zusammen. Durch Verlagerung dieses äußeren Magnetfeldes können dann, wie bekannt, diese Zylinderdomänen ir der amorphen Magnetschicht verschoben werden. Da: hierbei beobachtete Zylinderdomänenmuster ist völlig gleichwertig mit dem in äußerst sorgfältig hergestellten kristallinen Granatschichten. Diese Tatsache läßt daher mit großer Wahrscheinlichkeit darauf schließen, daß die amorphe magnetische Schicht keine örtlichen Inhomogenitäten aufweist, die ausreichen könnten, Zylinderdomänen bevorzugt an bestimmten Steilen einzufangen und dort festzuhalten. Damit liegt ein wesentlicher Vorteil bei Verwendung amorpher magnetischer Schichten für Zylinderdomänen vor, weil Gitterfehler nicht mehr Anlaß zu Betriebsstörungen geben können. Oder anders ausgedrückt, die Ausbeute läßt sich aufgrund dieser Tatsache bei Herstellung von amorphen Magnetschichten gegenüber bisher wesentlich erhöhen.

Eine magnetische Dünnschichtanordnung zum Verarbeiten von binär codierten Daten durch Verschieben von Zylinderdomänen unter Verwendung amorpher Schichten kann unter Benutzung herkömmlicher Bauelemente realisiert werden. Dies gilt insbesondere für die Ausbildung der zur Weiterleitung von Zylinderdomänen in der Magnetschicht dienenden magnetischen Leitungspfade.

Für optisches Auslesen gespeicherter Daten vorgesehene amorphe magnetische Schichten sollten eine hohe Sättigungsmagnetisierung AnM„ eine niedrige Koerzitivfeldstärke Hc und eine hohe Curie-Temperatur T_c aufweisen. Außerdem sollte die Anisotropiefeldstärke H, größer als die Sättigungsmagnetisierung AnM₁ sein. Diese Forderungen lassen sich durch amorphe Materialien, wie Y-Co-, Ce - Co-, Nd - Co- und Pr - Co-Legierungen, in einfacher Weise erfüllen.

Zur optischen Anzeige kann entweder die Transparenz oder das Reflexionsvermögen von amorphen Magnetschichten ausgenutzt werden. In beiden Fällen ist die Wirkung die gleiche, nämlich die, daß die Polarisation des Lichtes in Abhängigkeit von der Magnetisierungsrichtung innerhalb der Magnetschicht an der Einfallstelle des Lichtstrihls der Magnetschicht an der Einfallsstelle des Lichtstrahls je nach Vorhandensein von Zylinderdomänen unterschiedlich beeinflußt wird.

Beim Elektronemstrahl-Aufdampfverfahren zum Schichtniederschlag wird zunächst eine polykristalline Prallplatte in üblicher Weise vorbereitet Kleine Stücke der für den Prallplattenkörper zu verwendenden Bestandteile werden hierzu in einer Schutzgasatmosphäre, z. B. Argon, geschmolzen. Das Schmelzen erfolgt in einem wassergekühlten kupfernen Schmelzraum eines handelsüblichen Lichtbogenofens. Die Temperatur wird auf die Schmelztemperatur der Bestandteile zur Bildung eines itn Lichtbogen erschmolzenen Blockes erhöht. Damit ergibt sich ein polykristalliner Prallplattenkörper, der z. B. aus GdCos besteht.

Danach wird ein mit dem Prallplattenkörper ausge-

stattetes Ultrahochvakuum-Aufdampfgefäß bis auf einen Restdruck von etwa 10~⁷ Pa evakuiert Der in einen wassergekühlten kupfernen Schmelztiegel eingelegte Prallplattenkörper wird dann durch einen Elektronenstrahl einer Elektronenkanone erhitzt Hierzu dienen Beschleunigungsspannungen von umgefähr 10 kV bei Strahlströmen von etwa 100 mA.

Die Substrate werden während des Aufdampfens mit flüssigem Stickstoff mit einer Temperatur von etwa 100 K gekühlt Die Niederschlagsrate beträgt generell etwa3nm/s.

In einem Beispiel werden amorphe Magnetschichten aus Gd-Co-Legierungen mit einer Dicke von 40 bis 400 nm hergestellt Da die Atome der Legierung unter dem Glanzwinkel auf das Substrat einfallen, stellt sich die obenerwähnte uniaxiale Anisotropie ein. In der so niedergeschlagenen Magnetschicht lassen sich senkrecht zur Schicht ausgerichtete Zylinderdomänen

beobachten.

Bei einem anderen Schichtniederschlagsverfahren beträgt die Substrattemperatur 273 JC Gleiche Substrate wie oben sind verwendet und zudem noch andere Substrate, bestehend aus BaTiO₃ und aus gespaltenem Glimmer. Die Zusammensetzung des Prallplattenkörpers ist dieselbe wie beim obigen Beispiel, nämlich GdCo₅. Bei diesem Schichtniederschlag wird gegenüber vorher also nur die Substrattemperatur verändert Als Ergebnis zeigt sich, daß die niedergeschlagene Magnetschicht Kristallite in einer sonst amorphen Umgebung aufweist; womit erwiesen sein dürfte, daß die Substrattemperatur bei Anwendung eines Elektronenstrahl-Aufdampfverfahrens kritisch sein kann. Um also im wesentlichen amorphe Magnetschichten zu erhalten, muß demnach die Substrattemperatur auf Werten unterhalb von 273 K liegen.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Magnetische Dünnschichtanordnung zum Vei> arbeiten von binär codierten Daten durch Verschieben von Zylinderdomänen, mit einer auf einer Unterlage aufgebrachten dünnen magnetischen Schicht, die eine senkrecht zur Schichtebene gerichtete uniaxiale magnetische Anisotropie und eine relativ niedrige Sättigungsmagnetisierung aufweist, so daß in ihr unter einem senkrecht zur Schichtebene einwirkenden magnetischen Stützfeld zylindrische magnetische Einzelwanddomänen aufrechterhalten und verschoben werden können, dadurch gekennzeichnet, daß die dünne magnetische Schicht aus einer amorphen Legierung aus einem Element der Seltenen Erden und einem der Elemente Eisen und Kobalt mit einer durch teilweise Kompensation der magnetischen Momente bewirb .en niedrigen Sättigungsmagnetisierung besteht, und daß sie ein amorphes und/oder ein mikrokristallines Gefüge mit einer atomaren Nahordnung in Bereichen von weniger als 10 nm, insbesondere weniger als 2,5 nm aufweist

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Schicht aus der Legierung Gd - Co mit 70 bis 90% Co besteht.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Schicht aus der Legierung Gd - Fe mit 70 bis 90% Fe besteht. jo

4. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die amorphe magnetische Legierung mindestens ein Element aus der Gruppe O, N, C, P in einem die magnetischen Eigenschaften nicht beeinträci-iigenden Anteil von etwa 2 Atomprozent enthält

5. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die amorphe magnetische Legierung zur Einstellung der Curie-Temperatur mit Ni, Cr, Mn, Cu, Al, Ag, Pd, Ga, In oder Fe dotiert ist.

6. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die amorphe magnetische Schicht auf einem Substrat aus einem Halbleiter, insbesondere Silizium, aufgebracht ist. 4i

7. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die amorphe magnetische Schicht auf einem elektrisch isolierenden Substrat aufgebracht ist.

8. Für optisches Auslesen gespeicherter Daten ^r>o bestimmte Anordnung nach den Ansprüchen I bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die amorphe magnetische Schicht aus einer der Legierungen Y-Co, Ce-Co, Nd-Co oder Pr-Co besteht und mit Tb, Dy oder Ho dotiert ist. v.

9. Verfahren zum Herstellen einer Anordnung nach den Ansprüchen I bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung der dünnen magnetischen Schicht aus einer amorphen magnetischen Legierung die flüssige Schmelze der Legierungsbestand- Μ) teile auf eine unterkühlte Substratoberfläche geleitet wird, wobei die Substrattemperatur unterhalb der Kristallisationstemperatur der magnetischen Legierung gehalten wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekenn- μ zeichnet, daß in der amorphen Schicht durch Bombardierung mittels energicreicher atomarer Teilchen in einem Magnetic; I eine senkrecht zur Schichtebene gerichtete uniaxiale magnetische Anisotropie erzeugt wird.

ti. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in der amorphen magnetischen Schicht durch Wärmebehandlung in einem Magnetfeld bei einer Temperatur unterhalb der Kristallisationstemperatur eine senkrecht zur Schichtebene gerichtete umaxiale magnetische Anisotropie erzeugt wird.

12. Verfahren zum Herstellen einer Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die amorphe magnetische Schicht durch Aufdampfen unter Schrägeinfall der Substanzteilchen auf das Substrat aufgebracht wird.