DE2726744B2

DE2726744B2 - Einkristallines aus Calcium-Gallium-Granat sowie mit diesem hergestellte magnetische Blasendomänenanordnung

Info

Publication number: DE2726744B2
Application number: DE2726744A
Authority: DE
Inventors: Johannes Petrus Maria Damen; Johannes Adrianus Eindhoven Pistorius
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1976-06-16
Filing date: 1977-06-14
Publication date: 1981-04-23
Also published as: JPS531200A; US4323618A; FR2354809A1; DE2726744C3; CH630963A5; DE2726744A1; NL7606482A; JPS5919912B2; GB1580848A; FR2354809B1

Description

Die Erfindung betrifft ein einkristallines Substrat aus nichtmagnetischem synthetischem Granatmaterial für die epitaxiale Züchtung von magnetischen Blasendomänenschichten mit Granatrtruktur.

Die Verwendung von einkristallinen Substraten aus nichtmagnetischem synthetischem Granat, insbesondere aus Gadolinium-Granat (Gd₃Ga₅Oi₂) für die epitaxiaie Züchtung von dünnen, uniaxialen Schichten aus Seltenerdmetall-Eisen-Granat, die sich zum Tragen magnetischer Blasendomänen eignen, ist allgemein bekannt. Siehe beispielsweise »Journal of Crystal Growth« 12 (1972), S. 3 bis 8, wo das Züchten einer Anzahl von Granatmaterialien mit unterschiedlicher

Zusammensetzung beschrieben wird.

Mit der Entdeckung einer uniaxialen Anisotropie in Seltenerdmetall-Eisen-Granaten von Bobeck et al. (AppL Phys. Letters 17(3), 1970, S. 131 und Journ. Cryst Growth 12 (1972) S. 3, Einleitung) wurde es notwendig, Dünnschichten (1 bis 10 μιτι) dieser Werkstoffe herzustellen, wobei die Epitaxie aus der flüssigen Phase oder aus der Dampfphase als die geeignetsten Techniken erschienen. Um gute Schichten zu erhalten, muß die

11) Gitterkonstante des Substrats der der Schicht angepaßt sein. Betrachtet man das Gebiet von Gitterkonstanten der Seltenerdmetall-Eisen-Granate, die für Blasendomänenanordnungen wie Speicher- und Schieberregister bisher benutzt werden, so zeigt es sich, daß die Gitterkonstanten der Seltenerdmetall-Gallium-Granate ungefähr das gleiche Gebiet erfassen; sie bilden also geeignete Substratwerkstoffe. Außerdem sind Seltenerdmetall-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 (vgl. hierzu auch die Arbeit von A. H. Bobeck und E. Delia Torre, »Magnetic Bubbles«, North-Holland Publishing Comp, Amsterdam, 1975, S. 124-127).

Der Vollständigkeit halber wird darauf hingewiesen, daß aus Japan J. Appl. Phys. 15 (1976), Nr. 5, S. 935-936, magnetische Blasendomänenanordnungen aus Y-Eu-Ga-Granat bekannt sind.

Neben ihrer physikalischen Eignung besitzen SeI-tenerdmetall-Gallium-Granate wirtschaftlich gesehen doch bestimmte Nachteile. Da ihre Schmelzpunkte hoch liegen (beispielsweise Gadolinium-Gallium-Granat

J5 1740⁰C) 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 Ausdehung 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 Iridiumoxid bildet. Unter diesen Umständen kann ein Iridiumtiegel 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 Seltenerdmetall-Gallium-Granate.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Granatmaterial eine Zusammensetzung im Calcium-Gallium-Germanium-Granat-System hat, die im Existenzgebiet von Ca₃Ga₂Ge₃Oi₂ liegt.

Dieses Granatmaterial zeigt einen bedeutend niedrigeren Schmelzpunkt als die bekannten Seltenerdmetall-Gallium-Granate. Da der Schmelzpunkt nur etwa

bo 138O⁰C beträgt, kann beim Züchten von Einkristallen mit Hilfe des Czochralski-Verfahrens Platin als Tiegelmaterial benutzt werden. Der Preis eines Platintiegels beträgt etwa Vs von dem eines Iridümtiegels. Außerdem ist die Lebensdauer ungefähr das 2¹ Mache,

b5 weil beim Schmelzen des neuen Granatmaterials eine Beschädigung des Tiegels weniger schnell auftritt. Durch die niedrigere Schmelztemperatur des erfindungsgemäßen Granatmaterials ist beim Züchtungsver-

fahren 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/a von dem der Ausgangsstoffe für beispielsweise Gadoünium-Gallium-Granat ist

Die spezifische Formel für der, wichtigen Granat ist Ca₃Ga₂Ge₃Oi₂, wodurch ein Verhältnis von 8 Metallatomen zu 12 Sauerstoffatomen angegeben wird, wobei in dem Graßitmaterial zwischen 22 und 26% der Gesamtanzahl von Metallatomen Ga-Atome, zwischen 37 und 39% Ca-Atome und zwischen 37 und 39% Ge-Atome sind. Dieses Verhältnis ergibt einen Einkristall mit Granatstruktur. Innerhalb gewisser Grenzen können jedoch Variationen in diesem Verhältnis angebracht werden, ohne aus dem einphasigen Existenzbereich herauszutreten. Überschreitet man jedoch diese Grenzen, so führt dies zur Bildung unerwünschter fremdphasiger Einschlüsse und zu Kleinwhikel-Kristallgrenzen, wodurch der gewonnene Kristall für den gewünschten Zweck unbrauchbar ist.

Wie oben erwähnt, sind die erfindungsgemäßen Granateinkristalle insbesondere als Substrate für Seltenerdmetall-Eisen-Granatschichten geeignet, die magnetische Blasendomänen tragen können, obgleich sie auch für andere Anwendungen, z. B. als isolierendes Substratmaierial in der Halbleitertechnik, brauchbar sind.

Blasendomänenschichten können durch Kathodenzerstäubung, ein »Spinning«-Verfahren, durch 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 Substratmaterials bestehen: der Unterschied zwischen den Gitterkonstanten (der »misfit«) muß kleiner als 0,002 nm 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 kristallographischen Oberfläche eines einkristallinen Granatsubstrats gezüchteten Blasendomänenschicht, wobei die Anordnung dadurch gekennzeichnet ist, daß das Substratmaterial einkristallines 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 daß die Blasendomänenschicht eine Gitterkonstante besitzt, die davon um höchstens 0,002 nm abweicht.

Blasendomänenschichten mit einer Zusammensetzung auf der Basis von Lu₃Fes0i₂ haben eine Gitterkonstante, die sich dem Wert von 1,225 nm dicht nähert. Der gewünschte Wert der Gitterkonstante kann äußerst genau durch Substituierung eine? kleinen Ions (z. B. Al oder Ga) an einer Fe-Stelle eingestellt werden (die Gitterkonstante wird dabei kleiner) oder durch Substituierung eines großen Ions (z. B. Eu und oder Y) an einer Lu-Steüe (wobei die Gitterkonstante gröRpr wird).

Die Erfindung bezieht sich daher auch auf eine Blasendomänenanordnung nach obiger Beschreibung, bei der die Blasendomänenschicht eine Zusammensetzuneauf der Basis von Lu₃FtSOu hat.

Vorzugsweise entspricht die Zusammensetzung der Blaseriuomänenschicht der Formel

(LuAMFeB)₅O₁₂,

wobei A = Y und/oder Eu

und B = Al oder Ga

oder A = Ca, Sr, Mg oder Si²+

und B = Ge₁Si⁴⁺sind.

Ausführungsbeispiele der Blasendomänenanordnung

ίο nach der Erfindung werden an Hand der Zeichnung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 einen Schnitt durch ein einkristallines Caicium-Gallium-Germanium-Granat-Substrat 1 mit einer darauf gezüchteten Blasendomänenschicht 2,

is F i g. 2 einen Teil eines temären Zusammensetzungsdiagramms, in dem der schraffierte Bereich den Einphasenbereich von Calcium-Gallium-Germanium-Granat einschließt,
F i g. 3 eine graphische Darstellung, die den Durchmesser D einer in der Schicht 2 nach F i g. 1 erzeugten Blasendomäne als Funktion der Temperatur darstellt,

F i g. 4 eine graphische Darstellung, die die Vernichtungsfeldstärke Hcoii einer in der Schicht 2 nach F i g. 1 erzeugten Blasendomäne als Funktion der Temperatur darstellt

Nachstehend wird beschrieben, wie zunächst Calcium-Gallium-Germanium-Granat-Einkristalle einer geeigneten Zusammensetzung gezüchtet werden, die als Substrat 1 für eine Blasendomänenschicht 2 (Fig. 1) dienen können und auf welche Weise derartige Blasendomänenschichten 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 Analyseverfahren werden zwei Platintiegel benutzt, die je einen Durchmesser von 4 mm und eine Höhe von 10 mm haben. Jeder Tiegel wird auf ein Platin-Platin-(90)-Rohdium-(10)-Thermoelement gestellt Ein Tiegel wird mit etwa 100 mg eines Normalstoffes gefüllt, in diesem Falle gepulvertes Aluminiumoxid. Der andere Tiegel wird mit etwa 100 mg des zu untersuchenden Stoffes gefüllt. Der Abstand zwischen den Tiegeln ist 10 mm. Unterstützt

4) durch einen Aluminiumoxidhalter werden sie in einen vertikalen Röhrenofen mit einem Innendurchmesser von 38 mm abgestellt. Die Gasatmosphäre ist Sauerstoff (1 bar). Der Ofen wird mit einer Geschwindigkeit von 700⁰C pro Stunde aufgeheizt. Die Thermospannung des Elements unter dem zu untersuchenden Stoff wird auf einem Zweilinienschreiber aufgezeichnet. Dieser Schreiber gibt ebenfalls den Unterschied in der Thermospannung zwischen den beiden Thermoelementen. Wenn beim Aufheizen ein exothermer oder endothermer Effekt im System auftritt, weicht das Differenzsignal vom Nullwert ab. Auf diese Weise können Schmelztemperaturen, Erstarrungstemperaturen, Phasenänderungen und gleichartige Effekte gemessen werden.

Die Ergebnisse der auf oben beschriebene Weise in einer Anzahl von Calcium-Gallium-Germanium-Granat-Proben mit verschiedenen Zusammensetzungen durchgeführten Untersuchungen werden an Hand der F i g. ^erläutert.

1- i g. 2 zeigt einen Teil eines ternären Diagramms, in dem verschiedene Granatzusammensetzungen als der Prozentsatz an Metallatomen (Ca, Ga, bzw. Ge) in bezug auf die Gesamtanzahl 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 1380⁰C aufweisen. Die Zusammensetzungen, die mit offenen Kreisen angegeben sind, zeigen mindestens eine zusätzliche exotherme Spitze. (Die Fremdphasen, die hier auftreten, sind nicht weiter untersucht worden). Aus F i g. 2 kann gefolgert werden, daß das einphasige Existenzgebiet im Bereich liegt, der von den Linien 37 Ca und 39 Ca und von den Linien 37 Ge 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, bei denen zwischen 22 und 26% der Gesamtanzahl von Metallatomen Ga-Atome. zwischen 37 und 39% Ca-Atome und zwischen 37 und 39% Ge-Atome sind.

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 + ν - 2v/ja(2 - 2,pe|j + ,+ _}ßi ₂. wobei
-0,032 < χ < 0,112
-0.032 < y< 0,032,

in dem Sinne, daß, wenn χ einen äußersten Wert annimmt, yNull 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-lonen und χ Ge-Ionen ersetzt werden können. Also 11 % der Oktaederstellen können von einer gleichen Anzahl von Ca- und Ge-Ionen 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 Ce-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 Ca₃Ga2Ge3Oi2-Einkristalls wurden 97,95 Gramm Calciumcarbonat (»Suprapur«; Merck). 60.92 Gramm Galliumoxid (99,99% rein; Alusuisse), und 101.98 Gramm Germaniumoxid (99.9999% rein: Vieille Montagne) trocken gemischt und in einer Matrize zu TuLlctten gepreßt. Die Tabletten wurden in einem Platintiegel gewogen und auf eine Temperatur von ungefähr 1380° C, 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 Gasaimosphäre war Sauerstoff (1 bar). Gegebenenfalls kann auch in einer saüerstoffhaltigen Atmosphäre gezüchtet werden, beispielsweise in einer Luft-Sauerstoff-Mischung. Als der Inhalt des Tiegels gerade geschmolzen war, wurde ein Keimzüchtkristall, der an einem Aluminiumoxidstab befestigt war. in die Schmelze gesteckt und die Czochralski-Züchiungstechnik zum Aufwachsen eines Einkristalls aus Calcium-Gallium-Germanium-Granat zu einer Höhe von 40 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, Zonenschmel-Hi zen oder die Bridgeman-Technik benutzt werden.

Beispiel 2

Zum Erhalten eines Ca₂.<)8Gai.9,iCe3.05Oi2-Einkristalls

in (wobei also in der Formel 37,35% der Anzahl von metallatomen Ca-Atome, 24,35% Ga-Atome und 28,30% Ge-Atome sind) wurden 97,20 Gramm Calciumkarbonat, 59,34 Gramm Galliumoxid und 104,15 Gramm Germaniumoxid trocken gemischt. Auf gleiche Weise

2(i wie unter Beispiel 1 wurde aus dieser Mischung nach dem Schmelzen ein Granateinkristall gezüchtet.

Beispiel 3

2-, Zum Erhalten eines Ca2.98Gai.97Ge3.03Oi2-Einkristalls (wobei also in der Formel 37,40% der Anzahl von Metallatomen Ca-Atome, 24,60% Ga-Atome und 38,00% Ge-Atome sind) wurden 97,33 Gramm Calciumkarbonat, 59,94 Gramm Galüumoxid und 103,33 Gramm

in Germaniumoxid trocken gemischt. Wie beim Beispiel 1 wurde aus dieser Mischung nach dem Schmelzen ein Granatkristall gezüchtet.

Beispiel 4

_s-, Zum Erhalten eines Cas.wGai^GeiMO^-Einkristalls (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 CaCO₃, 58,48 Gramm Ga2O₃ und 103,33 Gramm Ge₂O trocken gemischt. Wie beim Beispiel 1 wurde aus dieser Mischung nach dem Schmelzen ein Granateinkristall gezüchtet.

Beispiel 5

4-, Zum Erhalten eines Ca2.99Gai.95Ge3.(nOi₂-Einkristalls (wobei also in der Formel 37,45% der Anzahl der Metallatome Ca-Atome, 24,45% Ga-Atome und 38.10% Ge-Atome sind) wurden 100.00 Gramm CaCO₃. 61,16 Gramm GiLjO₃ und 106.31 Gramm Ge₂O₃ trocken

-,ο 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-Gra-

,-, nat-Einkristalle ist 1,225 nm. Es wurden Scheiben daraus mit einem Durchmesser von 20 nm und einer Dicke von 600 μπι gesägt, die zunächst mit Diamantpulver und anschließend mit einem bekannten Poliermittel zu einer Dicke von 400 μπι poliert wurden. Durch die größere

wi Weichheit erfolgt das Sägen und Polieren leichter als bei Seltenerdmetall-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)3Fe3.eAli,2Oi2 gezüchtet. Die Basiszusammensetzung der Schmelze, aus der die Schichten gezüchtet wurden, war:

PbO
B2O3
Lu₂O₃
Fe₂O₃

343,95 g

8,60 g

3,74 g

27,81 g

AI2O3
Eu₂O₃

1,40 g
PS

In der nachstehenden Tabelle werden einige Wachstumsparameter von aus der erwähnten Basisschmelze auf darin vertikal eingetauchten Substratscheiben gezüchteten Schichten erwähnt. Die Menge ρ EU2O3 in der Schmelze wurde variiert:

Eintauchzeit
(Minuten)

20
20
20
20

lüintauchtemperatur

CC)

»misfit« (nm)

915 915 916 928

+ 0,003 0,000 0,0013 0,0016 Dicke

(μιη)

5,68
6,03
8,74
6,78

K„

(J cm"³)

1,2X10""
0,8X10""
1,4X10""
1,4X10""

Απ M_s (mT)

13,6
15
17
15

Bei den Schichtzüchtungsversuchen zeigt sich, daß Calcium-Gallium-Germanium-Granat sich ausgezeichnet eignet, um Blasendomänenschichten darauf zu züchten. Es löst sich nicht in der Schmelze, es bietet eine gute Berührungsfläche, die Koerzitivfeldstärke der gezüchteten Schichten ist klein (unter 40 A/m).

Die Schichten selbst hatten zufriedenstellende BIasendomänenqualitäten, die z. B. denen von (Y La)₃ (Fe Ga)s 012-Schichten vergleichbar sind.

Beispiel 7

Ein zweiter Satz von Schichtzüchtungsversuchen wurde mit Schichten der Zusammensetzung (Lu Ca)₃(Fe Si)sOi2 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 mit folgender Zusammensetzung gezüchtet:

PbO 400,0 g

B2O3 10,0 g

Fe₂O₃ 3336 g

Lu₂O₃ 435 g

CaCO₃ 3,25 g

SiO₂ 3,52 g

GeO₂ 0,20 g

In einem entsprechenden Fall betrug die Eintauchzeit 20 Minuten und die Temperatur der Schmelze 828° C. Die unter diesen Bedingungen gezüchtete Schicht hatte eine Dicke von ungefähr 5 μιη und einen Unterschied der Gitterkonstanten von 0,0009 nm Die magnetischen Eigenschaften wurden durch einen Wert der Anisotropie K_n von 2,6x10-" J cm-³ und einen Wert der Sättigungsmagnetisierung Απ M_s von 113 mT gekennzeichnet Das Züchten selbst ging genau so leicht wie das Züchten der Schichten mit der in Beispiel 6 beschriebenen Zusammensetzung vor sich.

Die magnetischen Eigenschaften der Schicht gemäß Beispiel 7 werden in F i g. 3 und 4 dargestellt. Aus F i g. 3 ist deutlich ersichtlich, daß der Durchmesser D einer im einem derartigen Film erzeugten Blasendomäne nahezu unabhängig ist von der Temperatur. Aus Fig.4 ist ersichtlich, daß die Vernichtungsfeldstärke H„,u zwar einigermaßen, jedoch nicht zu stark von der Temperatur abhängig ist. Aus weiteren Versuchen zeigte es sich, daß die Blasendomänen bis zu etwa HO⁰C stabil sind. Schichten mit der Zusammensetzung nach Beispiel 7 eignen sich daher sehr gut für die Verwendung in Blasendomänenanordnungen.

j5 Die Schicht nach Beispiel 7 gehört zu einer Gruppe von Granatschichten, in denen eine doppelte Substitution zweiwertiger und vierwertiger Ionen stattgefunden hat, im Gegensatz zur einfachen Substitution von Al oder Ga in Granatschichten mit einer Zusammensettzung nach Beispiel 6. (In diesem Fall wird übrigens Al bevorzugt weil es den kleinsten Ionenradius hat). In Betracht kommende Substitutionen sind
Ca²⁺Ge⁴⁺; Ca²⁺Si⁴⁺; Sr²⁺Si⁴⁺;
Mg²⁺Ge⁴⁺; Mg²⁺Si⁴⁺.

Im Beispiel 7 ist die Substitution von Ca²⁺Si^{4 +} 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 μιη 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 betragen. Es ist jedoch auch möglich, mit Hilfe bestimmter Substitutionen die Gitterkonstante des Caldum-Gallium-Germanhim-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.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einkristallines Substrat aus nichtmagnetischem synthetischem Granatmaterial für die epitaxiale Züchtung von magnetischen Blasendomänenschichten mit Granatstruktur, dadurch gekennzeichnet, daß das Granatmaterial eine Zusammensetzung im Calcium-Gallum-Germanium-Granatsystem hat, die im Existenzgebiet von Ca₃Ga₂Ge₃O₁₂ liegt

2. Substrat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Granatmaterial zwischen 22 und 26% der Gesamtanzahl von Metallatomen Ga-Atome, zwischen 37 und 39% Ca-Atome und zwischen 37 und 39% Ge-Atome sind.

3. Magnetische Blasendomänenanordnung mit einer epitaxial auf einer kristailographischen Oberfläche eines einkristallinen Granatsubstrats gezüchteten Blasendomänenschicht, dadurch gekennzeichnet, daß das Substratmaterial einkristalliner Calcium-Gallium-Germanium-Granat nach Anspruch 1 ist

4. Blasendomänenanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Substratmaierial einkristalliner Calcium-Gallium-Germanium-Granat mit einer Zusammensetzung nach Anspruch 2 ist.

5. Blasendomänenanordnung nach Anspruch 3 oder 4, 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.

6. Blasendomänenanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet daß die Blasendomänenschicht eine Zusammensetzung auf Basis von Lu₃Fe₅Oi₂ hat

7. Blasendomänenanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung der Blasendomänenschicht der Formel

(Lu A)₃(Fe B)₅O₁₂

entspricht, wobei A = Y und/oder Eu und B = Al oder Ga sind.

8. Blasendomänenanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung der Blasendomänenschicht der Formel

(LuA)₃(FeB)₅O₁₂

entspricht, wobei A = Ca, Sr, Mg oder Si²⁺ und B=Ge oder Si⁴⁺ sind.