DE2726744A1

DE2726744A1 - Einkristall aus calcium-gallium- granat sowie substrat hergestellt aus einem derartigen einkristall mit einer epitaxial gezuechteten blasendomaenenschicht

Info

Publication number: DE2726744A1
Application number: DE19772726744
Authority: DE
Inventors: Johannes Petrus Maria Damen; Johannes Adrianus Pistorius
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1976-06-16
Filing date: 1977-06-14
Publication date: 1977-12-29
Also published as: JPS531200A; JPS5919912B2; CH630963A5; DE2726744B2; FR2354809A1; US4323618A; FR2354809B1; DE2726744C3; NL7606482A; GB1580848A

Description

PHN. 8/430.

? 7 7 R 7 U L

»γ-►■■..,.,..,,,.,....._ .. ,^ LILOIHH DEEN/EVH.

ίί.6.77.

"Einkristall aus Calcium-Gallium-Germanium-Granat sowie Substrat, hergestellt aus einem derartigen Einkristall mit einer epitaxial gezüchteten Blasendomänenschicht"

Die Erfindung betrifft einen Einkristall eines nicht magnetischen synthetischen Granats.

Die Verwendung von Einkristallen aus nicht magnetischem synthetischem Granat, insbesondere aus Gadolinium-Granat (Gd„Ga O.„) als Substratmaterial für dünne, uniaxiale Schichten aus Seltene-Erden-Eisen-Granat,

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PHN.

* - 272674A 4.6.77

die sich zum Tragen inagnetischer Blasendomänen eignen, ist allgemein bekannt. Siehe beispielsweise "Journal of Crystal Growth 12 (1972), S. 3.... 8, wo das Züchten einer Anzahl von Granatmaterialien mit unterschiedlicher Zusammensetzung beschrieben wird.

Mit der Entdeckung einer uniaxialen Anisotropie in Seltene-Erden-Eisen-Granaten von Bubeck c.s. (Appl.Phys. Letters 17(3)_f 1970, S. 13 Ί) wurde es notwendig, Dünnschichten (1 bis 10 /um) dieser Werkstoffe herzustellen, , wobei die Epitaxie aus der flüssigen Phase oder aus der Dampfphase die geeignetsten Techniken erschienen. Um gute Filme zu erhalten, muss die Gitterkonstante des Substrats der der Schicht angepasst sein. Betrachtet man das Gebiet von Gitter-Konstanten der Seltene-Erden-Eisen-Granate, die für Blasendomänenanordnungen wie Speicher- und Schieberegister bisher benutzt werden, so zeigt es sich, dass die Gitterkonstanten der Seltene-Erden-Gallium-Granate ungefähr das gleiche Gebiet erfassen; sie bilden also geeignete Substratwerkstoffe. Ausserdem sind Seltene-Erden-Gallium-Granate geeignete Werkstoffe, um mit Hilfe der bekannten Kristallzüchtungstechnik nach Czochralski hergestellt zu werden. Wie oben bereits erwähnt wurde, ist Gadolinium-Gallium-Granat (GGG) einer der bisher am meisten angewandten Substratwerkstoffe.

Neben ihrer physikalischen Eignung besitzen

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PHN. 8'»30.

- 2r -

Seltene Erden-Galliuni-Graiiate wirtschaftlich gesehen doch bestimmte Nachteile. Da ihre Schmelzpunkte hoch liegen (beispielsweise Gadolinium-Gallium-Granat 17'*0^eC) muss beim Züchten von Einkristallen mit Hilfe des Verfahrens nach Czochralski Iridium als Tiegelmaterial verwendet werden. Diese Tiegel sind nicht nur teuer, sondern sie haben auch eine beschränkte Lebensdauer, weil sie durch die Ausdehnung des Granatmaterials beim Schmelzen bei der erforderlichen hohen Temperatur beschädigt werden. Ausserdem hat die sauerstoffhaltige Gasatmosphäre, in welcher die Züchtung im allgemeinen erfolgt, einen nachteiligen Einfluss auf den benutzten Tiegel dadurch, dass sich flüssiges Iridiuinoxid bildet. Unter diesen Umständen kann ein Iridium tiegel im Mittel nur zwanzigmal benutzt werden. Auch ist durch die hohen Schmelzpunkte die erforderliche elektrische Leistung hoch.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein

wirtschaftlich vorteilhaftes Granatsubstratmaterial zu schaffen, das einen niedrigeren Schmelzpunkt besitzt als die Seltene-Erden-Gallium-Granate.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die

Erfindung einen Einkristall aus Granatmaterial schafft, das eine Zusammensetzung im Calcium-Gallium-Germanium-Granat-System hat, die im Existenzgebiet von Ca„GapGe„0^„ liegt.

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OWGlNAL INSPECTED

PHN. 8Ί30

Dieses Granatinaterial zeigt einen bedeutend niedrigeren Schmelzpunkt als die bekannten Seltene-Erden-Gallium-Granate. Da der Schmelzpunkt nur etwa 138O⁰C beträgt, kann beim Züchten von Einkristallen mit Hilfe des Czochralski-Verfahrens Platin als Tiegelmaterial benutzt werden. Der Preis eines Platintiegels beträgt etwa 1/3 von dem eines Iridiurntiegels. Ausserdem ist die Lebensdauer ungefähr das 2^-fache, weil beim Schmelzen des neuen Granatmaterials eine Beschädigung des Tiegels weniger schnell auftritt. Durch die niedrigere Schmelztemperatur des erfindungsgemässen Granatniaterials ist beim Züchtungsverfahren etwa eine um die Hälfte geringere elektrische Leistung erforderlich. Ein zusätzlicher Vorteil besteht weiter darin, dass die Ausgangsstoffe für das erfindungsgemässe Material in grösseren Mengen

zur Verfügung stehen, während der Preis etwa 2/3 von dem der Ausgangsstoffe für beispielsweise Gadolinium-Gallium-Granat ist. . / Die spezifische Formel für den wichtigen Granat ist Ca„Ga₂Ge„0_]2, wodurch ein Verhältnis von 8 Metallatomen in 12 Sauerstoffatomen angegeben wird, wobei 25$ der Anzahl von Metallatomen von Ga, 37t5$ von ^c& und 3715$ von Ge eingenommen wird. Dieses Verhältnis ergibt einen Einkristall mit Granatstruktur. Innerhalb gewisser Grenzen können jedoch Variationen in diesem Verhältnis angebracht werden, ohne aus dem einphasigen

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PHN.

Existenzbereich herauszutreten. Ueberschreitet man jedoch diese Grenzen, so führt dies zur Bildung unerwünschter fremdphasiger Einschlüsse ui.d zu Kleinwinkel-Kristallgrenzen (low angle crystal boundaris), wodurch der gewonnene Kristall für den gewünschten Zweck unbrauchbar ist.

Es zeigt sich, dass der einphasige Existenzbereich im Bereich von Zusammenseztungen liegt, für die gilt, dass 22 ... 26$ der Anzahl von Metallatomen von Ga, 37 ··· 39$ von Ca und 37 ··· 39$ von Ge eingenommen wird,

Wie oben erwähnt, sind die erfindungsgemässen Granateinkristalle insbesondere als Substrate für Seltene-Erden-Eisen-Granatschichten geeignet, die magnetische Blasendomänen tragen können, obgleich sie auch für andere Anwendungen, z.B. als isolierendes Substratmaterial in der Halbleitertechnik, brauchbar sind. Die Erfindung betrifft ebenfalls ein einkristallines Substrat aus nicht magnetischem synthetischem Granatmaterial, das eine Oberfläche schafft, auf der eine Blasendomänenschicht gezüchtet werden kann, wobei das Substrat dadurch gekennzeichnet ist, dass das Granatfhaterial Calcium-Gallium-Germanium-Granat ist, mit einer Zusammensetzung im oben beschriebenen Existenzbereich.

Blasendomänenschichten können mittels durch

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PUN. 8V3O.

Q ί|.6.77.

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Kalliodeii/ui'stüubung, ein "Spinn i ng''-Verfahren , durcli Epitaxie aus der flüssigen Phase oder aus der Dampfphase hergestellt werden. Bekanntlich muss ein gewisses Mass der Anpassung zwischen den Gitterkonstanten der Blasendomänenschicht und des Subs tratina terial s bestehen: der Unterschied zwischen den Gitterkonstanten (der "misfit") muss kleiner als 0,002 mn sein. Das neue Substratmaterial nach der Erfindung hat eine Gitterkonstante von ungefähr 1,225 nm.

Die Erfindung bezieht sich weiter auf eine Blasendomänenanordnung mit einem epitaxial auf einer kristallographisehen Oberfläche eines einkristallinen synthetischen Granatsubstrats gezüchteten Blasendomänenschicht, wobei die Anordnung dadurch gekennzeichnet ist, dass das Substratmaterial Calcium-Gallium-Germanium-Granat ist mit einer Zusammensetzung, die im bereits beschriebenen Existenzbereich liegt.

Eine Ausführungsform der Blasendomänenanordnung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Calcium-Gallium-Germanium-Granat-Substratmaterial eine Gitterkonstante von ungefähr 1,225 nm hat und die Blasendomänenschicht eine Gitterkonstante besitzt, die davon um höchstens 0,002 nm abweicht.

Blasendomänenschichten mit einer Zusammensetzung auf der Basis von Lu,Fe_0₁₂ haben eine Gitterkonstante,

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pun. Η·Ί')υ.

g Ί . 6 . 7 7 .

die sich dem Wert von 1,223 nni dicht nähert. Üt-r gewünschte Wert der Gitterkonstante kann äusserst genau durch Substituierung eines kleinen Ions (z.B. Al oder Ga) an einer Fe- Stelle eingestellt werden (die Gitterkonstan te wird dabei k Leiner) oder durch Substituierung eines grossen Ions(z.B. Eu und oder Y) an einer Lu-S te I1e(wobei die Gitterkonstan te grosser wird).

Die Erfindung bezieht sich daher £iuch auf eine Blasendomänenanordnung nach obiger Beschreibung, bei der die Blasendoiiiäneiischicht eine Zusammensetzung auf der Basis von Lu Fe.O. hat.

Vorzugsweise entspricht die Zusammensetzung des der Blasendomänenschicht der Formel (LuA)„(FeB)_0-„, wobei A=Y und/oder Eu und B = Al oder Ga

2+ k +

oder A = Ca, Sr, Mg oder Si und B = Ge, Si sind.

Die Beispiele der Erfindung werden an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch ein einkristallines Calciuin-Gallium-Germaniura-Granat-Substrat 1 mit einer darauf gezüchteten Blasendomänenschicht 2,

Fig. 2 einen Teil eines ternären Zusammensetzungsdiagramms, in dem der schraffierte Bereich den Einphasenbereich von Calciuin-Gallium-Germanium-Granat einschliesst,

Fig. 3 eine graphische Darstellung, die den Durchmesser D einer in der Schicht 2 nach Fig. 1 erzeugten Blasendomäne als Funktion der Temperatur darstellt,

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PUN. 8VjO.

Fig. 'f eine graphische DaräLel lung, die das Vern iclitungsfeld H einer in der Schicht 2 nach Fig. 1 erzeugten Blasendoniäiie als Fun) tion der Temperatur darsteilt.

Nachstehend wird beschrieben, wie zunächst CaI c ium—Gal L ium—German ium—Granat—Eiiikria t al le einer geeigneten Zusammensetzung gezüchtet werden, die als Substrat 1 für eine I)I aseiidomänenschich t 2 (Fig. l) dienen können und auf welche Weise derartige Dlasendoinänenschich ten epitaxial gezüchtet werden.

Mit differentieller thermischer Analyse wurde dazu zunächst untersucht, bei welcher Zusammensetzung Calcium-Gallium-Germanium-Granat sich als eine einzige Phase verhält.

Bei diesem Aiialyseverfahren werden zwei Platintiegel benutzt, die je einen Durchmesser von h mm und eine Höhe von 10 mm haben. Jeder Tiegel wird auf ein Platin-Platin - (90) - Rhodium - (10) - Thermoelement gestellt. Ein Tiegel wird mit etwa 100 mg eines Normalstoffes gefüllt, in diesem Falle gepulvertes Aluminiumoxid Der an^fere Tiegel wird mit etwa 100 mg des zu untersuchenden Stoffes gefüllt. Der Abstand zwischen den Tiegeln ist 10 mm. Unterstützt durch einen Aluminiumoxidhalter werden sie in einen vertikalen Röhrenofen mit einem Innendurchmesser von 38 mm abgestellt. Die Gas-

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atmosphäre ist Sauerstoff (1 hur). Der Ofen wird mit einer Geschwindigkeit von 7('O⁰C pro Stunde aufgeheizt. Die Thermospannuiiß des Elementes unter dem zu untersuchenden Stoff wird auf einem Zwoi1inienschreiber aufgezeichnet. Dieser Schreiber {jikt ebenfalls den Unterschied in der Thermospannung zwischen den beiden Thermoelementen. Venn beim Aufheizen ein exothermer oder endothermer Effekt im System auftritt, weicht das Differenzsignal vom Nullwert ab. Auf diese Weise können Schmelztemperaturen, Gerinnungstemperaturen, Phasenänderungen und gleichartige % Effekte gemessen werden.

Die Ergebnisse der auf oben beschriebene Weise in einer Anzahl von Calcium-Galliuin-Germanium-Granat-Proben mit verschiedenen Zusammensetzungen durchgeführten Untersuchung werden an Hand der Fig. 2 erläutert.

Fig. 2 zeigt einen Teil eines ternären Diagramms, in dem verschiedene Granatzusammensetzungen als der Prozentsatz an Metallatomen (Ca, Ga, bzw. Ge) in bezug auf die Gesamtanzalil von Metallatomen wiedergegeben sind.

Es zeigt sich, dass die Zusammensetzungen, die in diesem Diagramm mit geschlossenen Kreisen angegeben sind, beim Schmelzen eine exotherme Spitze bei 138O⁰C aufweisen. Die Zusammensetzungen, die mit offenen Kreisen angegeben sind, zeigen mindestens eine zusätzliche exotherme Spitze.

(Die Fremdphasen die hier auftreten, sind nicht weiter

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k.e.n.

- ve· -

untersucht worden). Aus Fig. 2 kann gefolgert werden, dass das einphasige Existenzgebiet im Bereich liegt, der von den Linien 37 Ca und 39 Ca und von den Linien und 39 Ge begrenzt wird, wobei die äussersten Eckpunkte von den Linien 22 Ga und 26 Ga bestimmt werden. Mit anderen Worten das Existenzgebiet liegt im Bereich von Zusammensetzungen, für die gilt, dass 22 ... 26$ der Anzahl von Metallatomen von Ga 37 ·· 39$ von Ca und 37 ··· 39$ von Ge eingenommen wird.

Den interessanten Zusammensetzungsbereich kann man auch mit Hilfe einer Formel angenähert beschreiben, wobei gilt, dass die Zusammensetzung des Calcium-Gallium-Germanium-Granats nachstehender Formel entsprechen muss

^Ca(3_+x__2y)^Ga(2-2x)^Ge(3₊x₊y)°i2· ^wobei

-0,032 ^ χ ^ 0,112

-0,032 £ y ^ 0,032,

in dem Sinne, dassj wenn χ einen äussersten Wert annimmt, y Null ist und umgekehrt.

Aus der Figur ist ersichtlich, dass der Bereich ziemlich schmal ist und sich von der Zusammensetzung Ca₃Ga₂Ge₃O₁₂ (25$ Ga, 37,5$ Ca, 37,5$ Ge) vorwiegend in der Ga-armen Richtung erstreckt. Letzteres weist dahin, dass 2 χ Ga-Ionen durch χ Ca-Ionen und χ Ge-Ionen ersetzt werden können. Also 11$ der Oktaederstellen können von einer gleichen Anzahl von Ca- und Ge-Ionen

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PHN.
4> 4.6.77.

besetzt werden. Andererseits kann gleichzeitig 1^ der Dodekaederstellen und 1$ der Tetraederstellen von
Ga-Ionen besetzt werden. Die Breite des Bereiches erlaubt, dass die Anzahl von Ca- oder Ge-Ionen um einige Prozent vergrössert werden kann, und dass diese zusätzlichen Ionen an freigemachte ■ Ga-Stellen gebracht werden können.

Anschliessend wird mit Hilfe des Czochralski-Verfahrens eine Anzahl von Einkristallen gezüchtet.

Beispiel 1

Zum Erhalten eines Ca„Ga Ge„O „-Einkristalls wurden 97» 95 Gramm Calciumcarbonat ("Suprapur"; Merck), 6O,92 Gramm Galliumoxid (99_f99$ rein; Alusuisse), und 101,98 Gramm Germaniumoxid (99,9999$ rein; Vieille Montagne) trocken gemischt und in einer Perspexmatrize zu Tabletten gepresst. Die Tabletten wurden in einem Platintiegel
gewogen und auf eine Temperatur von ungefähr 138O⁰C
den Schmelzpunkt der Mischung, erhitzt. Die Erhitzung wurde durch Kopplung des Tiegels mit einer Hochfrequenzinduktionserhitzungsanordnung mit einer Leistung von
6 kW durchgeführt. Den Tiegel und seinen Inhalt liess man danach eine Temperatur erreichen, bei der der Inhalt vollständig flüssig war. Die Gasatmosphäre war Sauerstoff ( 1 bar). Gegebenenfalls kann auch in einer

sauerstoffhaltigen Atmosphäre gezüchtet werden, beispielsweise

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/ftf 4.6.77.

-VZ-

27267U

in einer Luft-Sauerstoff-Mischung. Als der Inhalt des Tiegels gerade geschmolzen war, wurde ein Keimzüchtkristall, der an einem Aluminiumoxidst_ib befestigt war, in die Schmelze gesteckt und die Czochralski-Züchtungstechnik zum Aufwchsen eines Einkristalls aus Calcium-Gallium-Germanium—Granat zu einer Höhe von 4o mm mit einer Wachstumsgeschwindigkeit von 6 mm pro Stunde und einer Drehgeschwindigkeit von 25 Umdrehungen in der Minute angewandt.

Obgleich Calcium-Gallium-Germanium-Granat sich zum Züchten von Einkristallen mit Hilfe des Czochralski-Verfahrens eignet, können auch andere Züchtungstechniken, wie hydrothermales Züchten, Zonenschmelzen oder die Bridgeman-Technik benutzt werden.

Beispiel 2

Zum Erhalten eines Ca₀ Q₀Ga_{1 Q}».Ge„ 0 _- Einkristalls (wobei also in der Formel 37>35$ der Anzahl von Metallatomen Ca-Atome, 24,35$ Ga-Atome und 28,30$ Ge-Atome sind würden 97»20 Gramm Calciumkarbonat, 59|3** Gramm Galliumoxid und 104,15 Gramm Germaniumoxid

trocken gemischt. Auf gleiche Weise wie unter Beispiel 1 wurde aus dieser Mischung nach dem Schmelzen ein Granateinkristall gezüchtet.
Beispiel 3

Zum Erhalten eines Ca„ _qfiGa. Ge„ „O₁„-Einkristalls

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PHN. 8430. /ff A. 6. 77-

(wobei also in der Formel 37,'*O$ der Anzahl von Metallatomen Ca-Atome, 24,60$ Ga-Atome und 38,00$ Ge-Atome sind wurden 97,33 Gramm Calciumkarbonat, 59,9^ Gramm Galliumoxid und 103,33 Gramm Germaniumoxid trocken gemischt. Wie beim Beispiel 1 wurde aus dieser Mischung nach dem Schmelzen ein Granatkristall gezüchtet. Beispiel 4

Zum Erhalten eines Ca„ o4^Ga1 Q2^Gel o4°12~ ^Ein~ kristalle (wobei also in der Formel 38,00$ der Anzahl der Metallatome Ca-Atome, 24,00$ Ga-Atome und 38,00$ Ge-Atome , sind wurden 98,89 Gramm CaCO„, 58,48 Gramm Ga₂O und 103.33 Gramm Ge„0 trocken gemischt. Wie beim Beispiel 1 Wurde aus dieser Mischung nach dem Schmelzen ein Granateinkristall gezüchtet.
Beispiel 5

Zum Erhalten eines Ca„ „„Ga _Ge„ ,0 -Einkristalls (wobei also in der Formel 37, Ό$ der Anzahl der Metallatome Ca-Atome, 24,45$ Ga-Atome und 38,10$ Ge-Atome sind)wurden 100,00 Gramm CaC0„, 61,16 Gramm 2t) Ga₂O- und 106,31 Gramm Ge₂0„ trocken gemischt. Wie beim Beispiel 1 wurde aus dieser Mischung nach dem Schmelzen ein Granateinkristall gezüchtet.

Die Gitterkonstante der auf die oben beschriebene Weise gezüchteten Calcium-Gallium-Germanium-Granat-Einkristalle ist 1,225 nm. Es wurden Scheiben daraus

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Ur-

mit einem Durchmesser von 20 mm und einer Dicke von 600 Aim gesägt, die zunächst mit Diainantpulver und anschliessend mit einem bekannten Poliermittel zu einer Dicke von ^iOO -um poliert wurden. Durch die gröseere Weichheit erfolgt das Sägen und Polieren leichter als bei Seltene-Erden-Gallium-Granaten.

Beispiel 6

Auf einer bestimmten kristallographischen Oberfläche der auf oben beschriebene Weise erhaltenen Scheiben wurden mit Hilfe von Epitaxie aus der flüssigen Phase Blasendomänenschichten mit der Zusammensetzung (Lu Eu)„Fe„ 0Al₁ „0₁₀ gezüchtet. Die Basiszusammensetzung der Schmelze, aus der die Schichten gezüchtet wurden, war:

PbO 3h3,95 S B₂O₃ 8,60 g

Lu₂O₃ 3,7^g

Fe₂O₃ 27,81 g

Al₂O₃ 1,i»0-ß Eu₂O₃ ρ g / In der nachstehenden Tabelle werden einige

Wachstumsparameter von aus der erwähnten Basisschmelze auf darin vertikal eingetauchten Substratscheiben gezüchteten Schichten erwähnt. Die Menge Eu„0_ in der Schmelze wurde variiert:

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ή. 6.77.

2776744

<^ρ ₆)	Eintauch— zei t (Minuten)	Eintauch- temperatur (⁰C)	"misfit" (nm)	Dicke (/^um)	^Ku 3 (JK- cirT^)	( G aii s 5
1 , 10	2O	915	+0,003	5,68	1,2χ10~^{Ί Ί}	136
1,21	20	915	0,000	6,03	0,8x10~¹¹	150
1,30	20	916	0,0013	8,7^	1,i»x10~¹¹	170
1,39	20	928	0,0016	6,78	1,4x10~¹¹	150

*■ Joule.

Bei den Schichtzüchtungsversuchen zeigt sich, dass Calcium-Gallium-Germanium-Granat sich ausgezeichnet eignet, um Blasendomänenschichten daraus zu züchten. Es löst sich in der Schmelze, es bietet eine gute Schnittstelle, das Koerzitivfeld der gezüchteten Schichten ist klein (unter ^O A/m).

Die Schichten selbst hatten zufriedenstellende Blasendomänenqualitäten, die z.B. denen von (Y La)„ (Fe Ga) O^„-Schichten vergleichbar sind.

Beispiel 7

Ein zweiter Satz von Schichtzüchtungsversuchen wurde mit Schichten der Zusammenstezung(Lu Ca)„(Fe Si) O₁₂ durchgeführt. Auf einer Anzahl auf die früher beschriebene Weise erhaltener Scheiben wurden auf einer bestimmten kristallographischen Oberfläche (im vorliegenden Fall die 111-Fläche) mit Hilfe von Epitaxie aus der flüssigen Phase Blasendomänenschichten aus einer Basisschmelze

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- tf> -

mit folgender Zusammensetzung gezüchtet: PbO itOO.O g B₂O₃ 10,0 g Fe₂O₃ 33,36g ^Lu2°3 ^.35g

CaCO₃ 3,25g SiO₂ 3,52g GeO₂ 0,20g

In einem entsprechenden Fall betrug die Eintauchzeit 20 Minuten und es war die Eintauchtemperatur 828°C. Die unter diesen Bedingungen gezüchtete Schicht hatte eine Dicke von ungefähr 5/um und einen "misfit" von 0,0009 nra, Die magnetischen Eigenschaften wurden durch einen Wert

— 1 1 —3 der Anisotropie K von 2,6 χ 10 J cm und einen Wert der Sättigungsmagnetisierung k'ti M von 119 Gauss

gekennzeichnet. Das Züchten selbst ging genau so leicht wie das Züchten der Schichten von dem in Beispiel 6 beschriebenen Typ vor sich.

Die magnetischen Eigenschaften eines Films vom Typ nach Beispiel 7 werden in den Fig. 3 und k dargestellt. Aus der Fig. 3 ist deutlich ersichtlich, dass der Durchmesser D einer in einem derartigen Film erzeugten Blasendomäne nahezu unabhängig ist von der Temperatur. Aus der Fig. k ist ersichtlich, dass das Vernichtungsfeld H . zwar einigermassen aber nicht

C OX X

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PHN.

zu stark von der Temperatur abhängig ist. Aus weiteren Versuchen zeigte es sich, dass die Blnsendomänen bis zu etwa 110⁰C stabil sind. Schichten vom Typ nach Beispiel 7 eignen sich daher sehr gut für die Verwendung in Operationellen Blasendomänenanordnungen.

Zur Gruppe der Schichten vom Typ nach Beispiel 7 gehören diejenigen Granatschichten, in denen eine doppelte Substitution zweiwertiger und vierwertiger Ionen stattgefunden hat, dies im Gegensatz zur einfachen Substitution von Al oder Ga in Granatschichten vom Typ

nach Beispiel 6. (in diesem Fall wird übrigens Al bevorzugt, weil es den kleinsten Ionenradius hat). In Betracht

2+ A+ 2+ ^t + kommende Substitutionen sind Ca Ge ; Ca Si ;

Sr²⁺ Si; Mg²⁺ Ge ; Mg²⁺ Si . Im Beispiel 7 ist die

2+ U +
Substitution von Ca Si beschrieben, die zu einer dem Substrat gut angepassten Schicht (misfit 0,0009 nm) und zu einem Wert der Sättigungsmagnetisierung führt, die das Erzeugen von Blasendomänen mit einem Durchmesser zwischen 1 und 6 /um ermöglicht.

* * Es sei noch bemerkt, dass in obigen Beispielen die Zusammensetzung der Blasendomänenschichten derart gewählt ist, dass ihre Gitterkonstanten innerhalb gewisser Grenzen denen der verfügbaren Substrate angepasst sind, die 1,225 nm beträgt. Es ist jedoch auch möglich, mit Hilfe bestimmter Substitutionen die Gitterkonstante

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des Calcium-Gallium-Germanium-Granats zu ändern. So vergrössert die Substitution von Strontium an der Stelle von Calcium die Gitterkonstante, und die Substitution von Silicium an der Stelle von Germanium verkleinert die Gitterkonstante.

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE:

1 . .' Einkristall aus nicht magnetischem synthetischem Granatmaterial, dadurch gekennzeichnet, dass das Granatmaterial eine Zusammensetzung im Calcium-Gallium-Germanium-Granatsystem hat, die im Existenzgebiet von Ca„Ga^Ge O liegt.
2. Einkristall nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen 22 und 26$ der Gesamtanzahl von Metallatomen im Granat Ga-Atome, zwischen 37 und 39$ Ca-Atome und zwischen 37 und 39$ Ge-Atome sind.
3. Einkristallines Substrat aus nicht magnetischem synthetischem Granatmaterial, das eine Oberfläche schafft, auf dem eine Blasendomänenschicht gezüchtet werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass das Granatmaterial Calcium-Gallium-Germanium-Granat nach Anspruch \ ist.
h. Substrat nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, dass das Granatmaterial einkristallines Calcium-Gallium-Germanium-Granat nach Anspruch 2 ist.
5. Blasendomänenanordnung mit einer epitaxial auf einer kristallographischen Oberfläche eines einkristallinen Granatsubstrats gezüchteten Blasendomänenschicht, dadurch gekennzeichnet, dass das Substratmaterial Calcium-Gallium-Germanium-Granat nach Anspruch 1 ist.
6. Blasendomänenanordnung nach Anspruch 5« dadurch gekennzeichnet, dass das Substratmaterial einkristallines Calcium-Gallium-Germanium-Granat nach Anspruch 2 ist.

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7. Blasendomänenanordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Calcium-Gallium-Germanium-Granatmaterial eine Gitterkonstante von ungefähr 1,225 nm besitzt, während die Blasendomänenschicht eine Gitterkonstante hat, die davon um höchstens 0,002 nm abweicht.
8. Blasendomänenanordnung nach Anspruch 7> dadurch gekennzeichnet, dass die Blasendomänenschicht eine Zusammensetzung auf Basis von Lu_Fe„0..„ hat.
9. Blasendomänenanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung der Blasendomänenschicht der Formel (Lu A)„ (Fe B)_O_1? entspricht, wobei

A=Y und/oder Eu und B = Al oder Ga, oder

2+ h +

A = Ca, Sr, Mg oder Si und B = Ge oder Si sind.

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