JPH0193426A - 強磁性化合物およびその薄膜製造方法 - Google Patents
強磁性化合物およびその薄膜製造方法Info
- Publication number
- JPH0193426A JPH0193426A JP62247452A JP24745287A JPH0193426A JP H0193426 A JPH0193426 A JP H0193426A JP 62247452 A JP62247452 A JP 62247452A JP 24745287 A JP24745287 A JP 24745287A JP H0193426 A JPH0193426 A JP H0193426A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- substrate
- target
- film
- compound
- thin film
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000010409 thin film Substances 0.000 title claims abstract description 10
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 title claims abstract description 7
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 title claims abstract description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 6
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 36
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 11
- 229910052742 iron Chemical group 0.000 claims abstract description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 17
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 17
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 15
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 15
- 239000002223 garnet Substances 0.000 abstract description 14
- 239000013078 crystal Substances 0.000 abstract description 7
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 abstract description 6
- WMWLMWRWZQELOS-UHFFFAOYSA-N bismuth(iii) oxide Chemical compound O=[Bi]O[Bi]=O WMWLMWRWZQELOS-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 2
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 27
- 238000000034 method Methods 0.000 description 17
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 16
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 13
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 11
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 8
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 8
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 8
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 8
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 6
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 238000001659 ion-beam spectroscopy Methods 0.000 description 6
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 5
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 description 4
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 4
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 3
- -1 oxygen ion Chemical class 0.000 description 3
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 3
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 3
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000002910 rare earth metals Chemical group 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- WYTGDNHDOZPMIW-RCBQFDQVSA-N alstonine Natural products C1=CC2=C3C=CC=CC3=NC2=C2N1C[C@H]1[C@H](C)OC=C(C(=O)OC)[C@H]1C2 WYTGDNHDOZPMIW-RCBQFDQVSA-N 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000002050 diffraction method Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000003302 ferromagnetic material Substances 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 230000005381 magnetic domain Effects 0.000 description 1
- QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N neodymium atom Chemical group [Nd] QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000382 optic material Substances 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 125000004430 oxygen atom Chemical group O* 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 239000002887 superconductor Substances 0.000 description 1
- 238000004781 supercooling Methods 0.000 description 1
- 238000001947 vapour-phase growth Methods 0.000 description 1
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/34—Sputtering
- C23C14/46—Sputtering by ion beam produced by an external ion source
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Compounds Of Iron (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Soft Magnetic Materials (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
［産業上の利用分野］
本発明は、磁気光学効果の大きい強磁性化合物とその薄
膜製造方法に関する。
膜製造方法に関する。
近年、情報の処理、貯蔵、伝達の高性能化、高密度化、
高信頼化のため、光技術の重要性が増しつつあり、光技
術開発の一環として、磁気光学新材料の研究開発が行な
われている。磁気光学材料は磁気光学素子や、光熱磁気
記録の媒体に用いられるものであり、前者では、高性能
化とともに、光集積回路に組みこむために集積化技術と
の整合性のよい薄膜形成法の開発が重要となっている。 光集積回路では、光部品の端面や光線路の曲部での反射
により、戻り光が発生する。戻り光は光源であるレーザ
ーの発振を不安定にする。磁気光学効果を利用して、一
方向にだけ光を通す光アイソレーターは、戻り光をカッ
トする重要な光回路部品である。さらに、入出力光を分
離するサーキュレーター、光回路を切り換える光スィッ
チ、光の方向を一定の角度範囲で掃引する光偏向器など
は、磁気光学効果を利用して実現できる。 磁気光学材料としては、素子長を小さくするために、使
用する光の波長帯域でファラデー回転（Ｂ２；単位は度
／Ｃ■）などの磁気光学効果が大きく、また、挿入損失
の点から光吸収係数（α；単位は１／ｃｍ）が小さいこ
とが大切である。磁気光学性能指数は、単位吸収当りの
ファラデー回転角（θ、／α：単位は度）で定義される
。 現在、実用化されている材料は、希土類鉄ガーネット（
Ｒ，Ｆｅ、０．、 ； Ｒは希土類金属元素およびイツ
トリウムを表わす）系だけである。現在知られている材
料の中で、室温で磁気光学性能指数が高く、光学的に等
方性という条件を、一応満足しているのは、ＹＩＧ（Ｙ
、Ｆｅ、Ｏ，、）に代表される鉄ガーネットである。
ＹＩＧの波長６３３ｎｍにおけるθｒは＋８３５度／ｃ
ｍ、ａは７００１／ｃｍであり、磁気光学性能指数は１
．２度である。素子化するには、偏光面が４５度回転す
ればよいから、必要な光路長は、約５００μｍである。 しかし、光集積回路の構成要素として扱うには、光路長
をもう２桁程短縮することが必要となる。そのためには
θ、が２桁程大きい材料の開発が必要である。 Ｒ３Ｆｅ５Ｏｔ２のＲをＢｉで置換した結晶は、高いθ
。 をもつ材料として注目される。第６図はＢｉ置換量とフ
ァラデー回転との相関図であり、液相エピタキシャル（
ＬＰＥ）法で作成したＹＩＧ膜の波長６３３ｎｍでのθ
ｒとＢｉ置換量の関係を示す。第６図において化学式と
は次のようなことをいう。すなわち、Ｒ３Ｆｅ５Ｏｔ２
のＲ原子３個、Ｆｅ原子５個およびＯ原子１２個からな
る全体の原子数を化学式当りの原子数とよぶ、θｒは負
の符号をもち、Ｂｉ置換量に正比例して増加する。もし
、完全に置換したＢ１３ＦｅｓＯ＋２ができれば、第６
図に破線で示すように、−８，２Ｘ １０’度／ｃｍ程
度の巨大なＢ２を示すはずである。これはＹＩＧの値の
約８０倍に相当する。 第７図はＢｉ置換量と格子定数との相関図であり格子定
数がＢｉ置換量に正比例して急激に増加することを示し
ている。Ｂ１３ＦｅｓＯ＋２の格子定数は、破線で示す
ように１２．６２１人になると予想させる。 ［発明が解決しようとする問題点］ しかし、一方ではＲ５Ｆｅ５Ｏｔｚの格子定数は、１２
．５４０人以上になり得ないというのが結晶学の結論で
ある、事実、これまでに報告されている最大値は、バル
ク結晶ではＹ＋、 １２ＢＩ＋、 ８ａｌ’ｅ’１ｏ１
２の１２．５．３１人である。ＬＰＥ膜では（ＹＬｕ）
０． ｔＢＩｚ、 ５ＦｅｓＯ＋２Ｌの１２．５５人
である。このＢｉ量は、θｒとＢｉ量の比例関係を用い
て、θｒの値から推定した値である。従って化学式当り
２個以上のＢｉ原子でＲを置換すると、ガーネット構造
をもつ物質として存在し得なくなるという問題点があっ
た。 またＢｉ置換ＹＩＧがガーネット相として存在し得る温
度領域は、ＢｉＷ換量の増加とともに、急激に低下する
ことが知られている。置換量の限界を超えるには、従来
よりも低い温度で結晶化させる必要がある、通常行なわ
れるＬＰＥ成長の場合、溶液の過冷却度を大きくとり、
成長温度を低くすると、Ｂｉ置換量が増える。しかし、
溶液は急激に不安定化し、また、粘性が増加するため、
一定量以上のＢｉ置換は不可能であるという問題点があ
った。 本発明の目的は上述の問題点を解決し、磁気光学効果の
大きい強磁性化合物とその薄膜製造方法を提供すること
にある。 Ｅ問題点を解決するための手段］ このような目的を達成するために、本発明は、Ｂ１３Ｆ
ｅａＯｔ２で示される組成式を有することを特徴とする
。 また、本発明は、ＢｉおよびＦｅを含む物質からなるタ
ーゲットにイオン源から放出されたイオンを衝突させ、
衝突によってターゲットから放出されたＢｌおよびＦｅ
原子と酸素供給源から供給された酸素とを基板上で結合
させることを特徴とする。 ［作 用］ 本発明によれば、ターゲットからスパッタされた原子と
酸素供給源から供給された酸素とを基板上で結合させる
ことにより、純度の高い単結晶薄膜を得ることができる
。 ［実施例］ 以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。 Ｂ１３ＦｅｓＯ＋２は、自然界での存在は知られておら
ず、人工的に合成された報告もない。そこで、Ｂ１３Ｆ
ｅｓＯ＋ｚガーネツト相を実現する方法として、その仮
想的格子定数に匹敵する格子定数をもつガーネット基板
を用意し、その上に非熱平衡過程により、できる限り低
温で、エピタキシャル成長を行わせることを考え、反応
性イオンビームスパッタ堆積（ＲＩＢＳ）法の適用を試
みた。 イオンビームスパッタ堆積（ＩＢＳ）は本質的に非熱平
衡的過程である。スパッタされた粒子は、数ｅＶ付近に
エネルギー分布のピークをもつ。このエネルギーは堆積
に適しており、エツチングはほとんど起こらない。この
エネルギーを熱エネルギーに換算すると数万度に相当し
、堆積粒子の表面拡散や結晶化反応を促進する。その結
果、膜の密度、平滑度、付着力の向上および結晶化温度
の低温化が期待できる。 １８５は、＾ｒやＮ２などの不活性ガスイオンビームを
、基板上に堆積しようとする物質の組成元素を含むター
ゲットに照射し、ターゲットからスパッタされた物質を
基板上に堆積させる方法である。 酸化物膜を形成するには、雰囲気ガスあるいはイオンと
して酸素を供給し、堆積物と反応させる。 この場合、反応性イオンビームスパッタという。 第１図にその概念を示す。 第１図は反応性イオンビームスパッタ堆積法の概念を示
す図である。ここで、１は基板である。 ２は基板ホルダー兼ヒーターであり、基板１を保持する
とともに基板１を加熱する。３はターゲットであり、基
板１に付着させる物質の供給源である。４は酸素ガス供
給源である。５はスパッタ用イオン源、６は基板表面処
理用イオン源兼酸素イオン供給源である。スパッタ用イ
オン源５から放出されたスパッタ用イオンは、ターゲッ
ト３に衝突してターゲット３の原子をはじき出し、この
スパッタされた原子が酸素雰囲気中で基板１に付着され
て薄膜が形成される。 次にＢ１３ＦｅｓＯ＋２膜の作製法について説明する。 イオン源は、−様なブロードビームの発生に適したカウ
フマン型である。イオン源はターゲットのスパッタと基
板表面処理のため、デュアルビーム型とした。ターゲッ
トは酸化物焼結体である。ここでは、Ｂｉ、Ｉｌ＋、と
Ｆｅ、Ｏ，との焼結体を用いた。ターゲット上に電荷蓄
積を防ぐため、イオンビームは中性化して照射した。基
板は、格子定数の大きいネオジムガーネット（ＮｄＧＧ
、格子定数１２．５０９人）あるいはスカンジウム置換
ガドリニウムガリウムガーネット（ＧｄＳｃＧＧ格子定
数１２．５６０人）などが用いられるが、ここではＧｄ
５ｃＧＧを用いた。反応性雰ト組成、（３）酸素分圧、
（４）基板温度を主なパラメーターとして行った。（１
）と（２）は堆積膜の組成に、（３）は酸化物相の組成
に、（４）は結晶化反応に関係する。 ガーネット相は、基板を加熱しないで堆積した膜を空気
または酸素気流中で熱処理する“熱処理結晶化法”と、
適当な温度に加熱した基板上に堆積しながら結晶化する
“その場結晶化法”のいずれでも得られるが、堆積中は
適当な酸素分圧を保つ必要がある。本実施例においては
後者を用いた。基板が非結晶あるいは多結晶の場合は多
結晶膜が、本実施例のように単結晶の場合はエピタキシ
ャル成長あるいは配向成長膜が得られる。 このＲＩＢＳ法においては、物質の供給源であるターゲ
ット３、物質の輸送手段であるイオン源５゜６および物
質の堆積・反応合成部である基板１が完全に独立である
ため、以下（１）〜（６）に示すような特徴が生じる。 （１）堆積・反応合成部の温度や雰囲気は物質供給源と
は無関係に選べる。従って、一つのターゲットを用いて
、非晶質から結晶質まで、様々な物質相が得られる。 （２）プラズマはイオン源の中に閉じこめられているの
で、基板はプラズマに曝されない。従って、基板や膜の
表面がプラズマによる損傷を受けない。 （３）膜形成は１０−’〜１０−’Ｔｏｒｒの低圧下で
行われるので、膜中へのガスの取り込みが少ない。 （４） るつぼや溶媒を用いないので、不純物の混入を
減少させることができる。 （５） イオン加速エネルギーにより膜組成が変化する
。イオンエネルギーは電気的に制御できるので、膜組成
を電気的に制御することができる。 （６）物質輸送量が少ないので、堆積速度が遅い。 ゛ 以上のような作製法によって得られた薄膜の特性に
ついて、以下に説明する。 第２図は緑色透明のＣ「ドープＧ ｄ Ｓ、ｃ Ｇ Ｇ
基板上の膜を示す図である。Ｂｉ、０．とＦｅ、０３を
焼結したターゲットを用いて、基板温度を４６０℃に保
ち、その場結晶化法で作成した膜を示す。 第２図は観察中、撮影した写真を模写した図であり、表
面は鏡面である。ここで、ＡおよびＢはＢ＋５ＦｅａＯ
＋２膜でありＣは基板部である。偏光顕微鏡により、幅
が１μｍ以下の蛇状の磁区パターンが観察された。膜は
室温で強磁性的であり、膜には垂直磁気異方性が生じて
いる。 第３図は、Ｆｅのにα１ ＋にα２線を用いて測定した
Ｘ線回折パターンを示す図である。高角度側の２本のピ
ークは、基板の（４４４）回折線であり、５（４４４）
で示す。低角度側の２本のピークは、膜によるものであ
り、Ｆ （４４４）で示す。この他には、膜による回折
線は観測されない。この回折線がガーネット構造の（４
４４）回折線であると仮定すると、膜の格子定数は１２
．６２１人と計算される。これは基板の格子定数よりも
かなり大きいので、格子不整合は、何らかの形で緩和さ
れているものと考えられる。膜の格子定数は、Ｂ１５Ｆ
ｅｓＯ＋ｚの仮想的な値に非常に近い、同一条件で、石
英ガラス基板上に形成した場合、多結晶膜ができている
ことを示すＸ線回折パターンが得られたが、ガーネット
相は生じていないことがわかった。 第４図は、ラマン散乱スペクトルを示す図である。第４
図において、ラマンシフトが４８０ｃ＋ｏ−”および７
００ｃｍ−’にあるラマン線Ｒ１およびＲ２は、Ｄｉな
ど重い原子を多量に含むガーネット構造に特徴的なもの
である。 第５図は、室温でのファラデー回転スペクトルを示す図
である。Ｙ、Ｆｅ、７０□、のスペクトルの回転角のス
ケールは１０３度／Ｃ１である。波長６３３ｒ＋ａ＋で
のθ、は−６，ＯＸ １０’度／ｃｒａである。Ｂｉと
Ｆｅとの比が異なるターゲットを用いて堆積した膜にお
いては、θ、は−６，４Ｘ １０’度／Ｃ１１に達した
。光吸収係数αは波長６３３ｎｍで（４〜５ ） Ｘ
１０’ｃａ−”である。また、θ「の温度変化を測定し
たところ、（θＰがＯになる）磁気転移温度は６００に
以上であった。 以上の結果から上述の方法で作製された膜はＢ１３Ｆｅ
６０Ｂガーネツトであるといえる。 以上説明したように、ＲＩＢＳ法により、非熱平衡相で
ある物質Ｂ１５ＦｅｓＯ＋２が合成された。結晶構造は
ガーネット型である。６００に（３２３℃）以上に磁気
転移温度をもつ強磁性的物質であり、波長ｆｉ３３ｎｍ
で−６，４Ｘ １０’度／ｃｍもの巨大なファラデー回
転を示す。光吸収係数はく４〜５ ） ｘ １０３ｃｍ
−’である。これらの性質は、磁気光学材料としての可
能性を期待させる。 ＲＩＢＳ法は、高真空中での気相成長法である。ビーム
を用いるので、膜形成や表層処理の場所が選択でき、多
層構造形成も容易である。これらの特長は、ＲＩＢＳ法
が集積化技術と整合性がよいことを示している。 さらに、ＲＩＢＳ法は、非熱平衡過程であるから、酸化
物超伝導体などの非熱平衡相の合成や、従来にはない新
しい元素の組み合わせによる新物質の開発の有力な手段
になることが期待される。 ［発明の効果］ 以上説明したように、本発明においては、ターゲットか
らスパッタされた原子と酸素供給源から供給された酸素
とを基板上で結合させることにより、純度の高い単結晶
薄膜を得ることができる。
高信頼化のため、光技術の重要性が増しつつあり、光技
術開発の一環として、磁気光学新材料の研究開発が行な
われている。磁気光学材料は磁気光学素子や、光熱磁気
記録の媒体に用いられるものであり、前者では、高性能
化とともに、光集積回路に組みこむために集積化技術と
の整合性のよい薄膜形成法の開発が重要となっている。 光集積回路では、光部品の端面や光線路の曲部での反射
により、戻り光が発生する。戻り光は光源であるレーザ
ーの発振を不安定にする。磁気光学効果を利用して、一
方向にだけ光を通す光アイソレーターは、戻り光をカッ
トする重要な光回路部品である。さらに、入出力光を分
離するサーキュレーター、光回路を切り換える光スィッ
チ、光の方向を一定の角度範囲で掃引する光偏向器など
は、磁気光学効果を利用して実現できる。 磁気光学材料としては、素子長を小さくするために、使
用する光の波長帯域でファラデー回転（Ｂ２；単位は度
／Ｃ■）などの磁気光学効果が大きく、また、挿入損失
の点から光吸収係数（α；単位は１／ｃｍ）が小さいこ
とが大切である。磁気光学性能指数は、単位吸収当りの
ファラデー回転角（θ、／α：単位は度）で定義される
。 現在、実用化されている材料は、希土類鉄ガーネット（
Ｒ，Ｆｅ、０．、 ； Ｒは希土類金属元素およびイツ
トリウムを表わす）系だけである。現在知られている材
料の中で、室温で磁気光学性能指数が高く、光学的に等
方性という条件を、一応満足しているのは、ＹＩＧ（Ｙ
、Ｆｅ、Ｏ，、）に代表される鉄ガーネットである。
ＹＩＧの波長６３３ｎｍにおけるθｒは＋８３５度／ｃ
ｍ、ａは７００１／ｃｍであり、磁気光学性能指数は１
．２度である。素子化するには、偏光面が４５度回転す
ればよいから、必要な光路長は、約５００μｍである。 しかし、光集積回路の構成要素として扱うには、光路長
をもう２桁程短縮することが必要となる。そのためには
θ、が２桁程大きい材料の開発が必要である。 Ｒ３Ｆｅ５Ｏｔ２のＲをＢｉで置換した結晶は、高いθ
。 をもつ材料として注目される。第６図はＢｉ置換量とフ
ァラデー回転との相関図であり、液相エピタキシャル（
ＬＰＥ）法で作成したＹＩＧ膜の波長６３３ｎｍでのθ
ｒとＢｉ置換量の関係を示す。第６図において化学式と
は次のようなことをいう。すなわち、Ｒ３Ｆｅ５Ｏｔ２
のＲ原子３個、Ｆｅ原子５個およびＯ原子１２個からな
る全体の原子数を化学式当りの原子数とよぶ、θｒは負
の符号をもち、Ｂｉ置換量に正比例して増加する。もし
、完全に置換したＢ１３ＦｅｓＯ＋２ができれば、第６
図に破線で示すように、−８，２Ｘ １０’度／ｃｍ程
度の巨大なＢ２を示すはずである。これはＹＩＧの値の
約８０倍に相当する。 第７図はＢｉ置換量と格子定数との相関図であり格子定
数がＢｉ置換量に正比例して急激に増加することを示し
ている。Ｂ１３ＦｅｓＯ＋２の格子定数は、破線で示す
ように１２．６２１人になると予想させる。 ［発明が解決しようとする問題点］ しかし、一方ではＲ５Ｆｅ５Ｏｔｚの格子定数は、１２
．５４０人以上になり得ないというのが結晶学の結論で
ある、事実、これまでに報告されている最大値は、バル
ク結晶ではＹ＋、 １２ＢＩ＋、 ８ａｌ’ｅ’１ｏ１
２の１２．５．３１人である。ＬＰＥ膜では（ＹＬｕ）
０． ｔＢＩｚ、 ５ＦｅｓＯ＋２Ｌの１２．５５人
である。このＢｉ量は、θｒとＢｉ量の比例関係を用い
て、θｒの値から推定した値である。従って化学式当り
２個以上のＢｉ原子でＲを置換すると、ガーネット構造
をもつ物質として存在し得なくなるという問題点があっ
た。 またＢｉ置換ＹＩＧがガーネット相として存在し得る温
度領域は、ＢｉＷ換量の増加とともに、急激に低下する
ことが知られている。置換量の限界を超えるには、従来
よりも低い温度で結晶化させる必要がある、通常行なわ
れるＬＰＥ成長の場合、溶液の過冷却度を大きくとり、
成長温度を低くすると、Ｂｉ置換量が増える。しかし、
溶液は急激に不安定化し、また、粘性が増加するため、
一定量以上のＢｉ置換は不可能であるという問題点があ
った。 本発明の目的は上述の問題点を解決し、磁気光学効果の
大きい強磁性化合物とその薄膜製造方法を提供すること
にある。 Ｅ問題点を解決するための手段］ このような目的を達成するために、本発明は、Ｂ１３Ｆ
ｅａＯｔ２で示される組成式を有することを特徴とする
。 また、本発明は、ＢｉおよびＦｅを含む物質からなるタ
ーゲットにイオン源から放出されたイオンを衝突させ、
衝突によってターゲットから放出されたＢｌおよびＦｅ
原子と酸素供給源から供給された酸素とを基板上で結合
させることを特徴とする。 ［作 用］ 本発明によれば、ターゲットからスパッタされた原子と
酸素供給源から供給された酸素とを基板上で結合させる
ことにより、純度の高い単結晶薄膜を得ることができる
。 ［実施例］ 以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。 Ｂ１３ＦｅｓＯ＋２は、自然界での存在は知られておら
ず、人工的に合成された報告もない。そこで、Ｂ１３Ｆ
ｅｓＯ＋ｚガーネツト相を実現する方法として、その仮
想的格子定数に匹敵する格子定数をもつガーネット基板
を用意し、その上に非熱平衡過程により、できる限り低
温で、エピタキシャル成長を行わせることを考え、反応
性イオンビームスパッタ堆積（ＲＩＢＳ）法の適用を試
みた。 イオンビームスパッタ堆積（ＩＢＳ）は本質的に非熱平
衡的過程である。スパッタされた粒子は、数ｅＶ付近に
エネルギー分布のピークをもつ。このエネルギーは堆積
に適しており、エツチングはほとんど起こらない。この
エネルギーを熱エネルギーに換算すると数万度に相当し
、堆積粒子の表面拡散や結晶化反応を促進する。その結
果、膜の密度、平滑度、付着力の向上および結晶化温度
の低温化が期待できる。 １８５は、＾ｒやＮ２などの不活性ガスイオンビームを
、基板上に堆積しようとする物質の組成元素を含むター
ゲットに照射し、ターゲットからスパッタされた物質を
基板上に堆積させる方法である。 酸化物膜を形成するには、雰囲気ガスあるいはイオンと
して酸素を供給し、堆積物と反応させる。 この場合、反応性イオンビームスパッタという。 第１図にその概念を示す。 第１図は反応性イオンビームスパッタ堆積法の概念を示
す図である。ここで、１は基板である。 ２は基板ホルダー兼ヒーターであり、基板１を保持する
とともに基板１を加熱する。３はターゲットであり、基
板１に付着させる物質の供給源である。４は酸素ガス供
給源である。５はスパッタ用イオン源、６は基板表面処
理用イオン源兼酸素イオン供給源である。スパッタ用イ
オン源５から放出されたスパッタ用イオンは、ターゲッ
ト３に衝突してターゲット３の原子をはじき出し、この
スパッタされた原子が酸素雰囲気中で基板１に付着され
て薄膜が形成される。 次にＢ１３ＦｅｓＯ＋２膜の作製法について説明する。 イオン源は、−様なブロードビームの発生に適したカウ
フマン型である。イオン源はターゲットのスパッタと基
板表面処理のため、デュアルビーム型とした。ターゲッ
トは酸化物焼結体である。ここでは、Ｂｉ、Ｉｌ＋、と
Ｆｅ、Ｏ，との焼結体を用いた。ターゲット上に電荷蓄
積を防ぐため、イオンビームは中性化して照射した。基
板は、格子定数の大きいネオジムガーネット（ＮｄＧＧ
、格子定数１２．５０９人）あるいはスカンジウム置換
ガドリニウムガリウムガーネット（ＧｄＳｃＧＧ格子定
数１２．５６０人）などが用いられるが、ここではＧｄ
５ｃＧＧを用いた。反応性雰ト組成、（３）酸素分圧、
（４）基板温度を主なパラメーターとして行った。（１
）と（２）は堆積膜の組成に、（３）は酸化物相の組成
に、（４）は結晶化反応に関係する。 ガーネット相は、基板を加熱しないで堆積した膜を空気
または酸素気流中で熱処理する“熱処理結晶化法”と、
適当な温度に加熱した基板上に堆積しながら結晶化する
“その場結晶化法”のいずれでも得られるが、堆積中は
適当な酸素分圧を保つ必要がある。本実施例においては
後者を用いた。基板が非結晶あるいは多結晶の場合は多
結晶膜が、本実施例のように単結晶の場合はエピタキシ
ャル成長あるいは配向成長膜が得られる。 このＲＩＢＳ法においては、物質の供給源であるターゲ
ット３、物質の輸送手段であるイオン源５゜６および物
質の堆積・反応合成部である基板１が完全に独立である
ため、以下（１）〜（６）に示すような特徴が生じる。 （１）堆積・反応合成部の温度や雰囲気は物質供給源と
は無関係に選べる。従って、一つのターゲットを用いて
、非晶質から結晶質まで、様々な物質相が得られる。 （２）プラズマはイオン源の中に閉じこめられているの
で、基板はプラズマに曝されない。従って、基板や膜の
表面がプラズマによる損傷を受けない。 （３）膜形成は１０−’〜１０−’Ｔｏｒｒの低圧下で
行われるので、膜中へのガスの取り込みが少ない。 （４） るつぼや溶媒を用いないので、不純物の混入を
減少させることができる。 （５） イオン加速エネルギーにより膜組成が変化する
。イオンエネルギーは電気的に制御できるので、膜組成
を電気的に制御することができる。 （６）物質輸送量が少ないので、堆積速度が遅い。 ゛ 以上のような作製法によって得られた薄膜の特性に
ついて、以下に説明する。 第２図は緑色透明のＣ「ドープＧ ｄ Ｓ、ｃ Ｇ Ｇ
基板上の膜を示す図である。Ｂｉ、０．とＦｅ、０３を
焼結したターゲットを用いて、基板温度を４６０℃に保
ち、その場結晶化法で作成した膜を示す。 第２図は観察中、撮影した写真を模写した図であり、表
面は鏡面である。ここで、ＡおよびＢはＢ＋５ＦｅａＯ
＋２膜でありＣは基板部である。偏光顕微鏡により、幅
が１μｍ以下の蛇状の磁区パターンが観察された。膜は
室温で強磁性的であり、膜には垂直磁気異方性が生じて
いる。 第３図は、Ｆｅのにα１ ＋にα２線を用いて測定した
Ｘ線回折パターンを示す図である。高角度側の２本のピ
ークは、基板の（４４４）回折線であり、５（４４４）
で示す。低角度側の２本のピークは、膜によるものであ
り、Ｆ （４４４）で示す。この他には、膜による回折
線は観測されない。この回折線がガーネット構造の（４
４４）回折線であると仮定すると、膜の格子定数は１２
．６２１人と計算される。これは基板の格子定数よりも
かなり大きいので、格子不整合は、何らかの形で緩和さ
れているものと考えられる。膜の格子定数は、Ｂ１５Ｆ
ｅｓＯ＋ｚの仮想的な値に非常に近い、同一条件で、石
英ガラス基板上に形成した場合、多結晶膜ができている
ことを示すＸ線回折パターンが得られたが、ガーネット
相は生じていないことがわかった。 第４図は、ラマン散乱スペクトルを示す図である。第４
図において、ラマンシフトが４８０ｃ＋ｏ−”および７
００ｃｍ−’にあるラマン線Ｒ１およびＲ２は、Ｄｉな
ど重い原子を多量に含むガーネット構造に特徴的なもの
である。 第５図は、室温でのファラデー回転スペクトルを示す図
である。Ｙ、Ｆｅ、７０□、のスペクトルの回転角のス
ケールは１０３度／Ｃ１である。波長６３３ｒ＋ａ＋で
のθ、は−６，ＯＸ １０’度／ｃｒａである。Ｂｉと
Ｆｅとの比が異なるターゲットを用いて堆積した膜にお
いては、θ、は−６，４Ｘ １０’度／Ｃ１１に達した
。光吸収係数αは波長６３３ｎｍで（４〜５ ） Ｘ
１０’ｃａ−”である。また、θ「の温度変化を測定し
たところ、（θＰがＯになる）磁気転移温度は６００に
以上であった。 以上の結果から上述の方法で作製された膜はＢ１３Ｆｅ
６０Ｂガーネツトであるといえる。 以上説明したように、ＲＩＢＳ法により、非熱平衡相で
ある物質Ｂ１５ＦｅｓＯ＋２が合成された。結晶構造は
ガーネット型である。６００に（３２３℃）以上に磁気
転移温度をもつ強磁性的物質であり、波長ｆｉ３３ｎｍ
で−６，４Ｘ １０’度／ｃｍもの巨大なファラデー回
転を示す。光吸収係数はく４〜５ ） ｘ １０３ｃｍ
−’である。これらの性質は、磁気光学材料としての可
能性を期待させる。 ＲＩＢＳ法は、高真空中での気相成長法である。ビーム
を用いるので、膜形成や表層処理の場所が選択でき、多
層構造形成も容易である。これらの特長は、ＲＩＢＳ法
が集積化技術と整合性がよいことを示している。 さらに、ＲＩＢＳ法は、非熱平衡過程であるから、酸化
物超伝導体などの非熱平衡相の合成や、従来にはない新
しい元素の組み合わせによる新物質の開発の有力な手段
になることが期待される。 ［発明の効果］ 以上説明したように、本発明においては、ターゲットか
らスパッタされた原子と酸素供給源から供給された酸素
とを基板上で結合させることにより、純度の高い単結晶
薄膜を得ることができる。
第１図は反応性イオンビームスパッタ堆積法の概念を示
す図、 第２図はＧｄ５ｃＧＧ基板上の膜を撮影した写真を模写
した図、 第３図はＢ１３Ｆｅ５０＋２膜のＸ線回折パターン図、 第４図はＢ１３ＦｅｓＯ＋２ＦＩＡのラマン散乱スペク
トル図、 第５図はＢ１３ＦｅｓＯ＋２膜のファラデー回転スペク
トル図、 第６図はＢｉ置換量とファラデー回転との相関図、 第７図はＢｉ置換量と格子定数との相関図である。 １・・・基板、 ２・・・基板ホルダー兼ヒーター、 ３・・・ターゲット、 ４・・・酸素ガス供給源、 ５・・・スパッタ用イオン源、 ６・・・基板表面処理用イオン源兼酸素イオン供給源。 第２図 ５ｉｌｔ扱量 （Ｓ子４Ｂ（／イヒｉジ？（）（ＹＢ
ｉ）３Ｆｅ５０＋２のＢｉ ’１１ｍ１１ ’ｃファラ
テーａｈとのｎｍａ第６図
す図、 第２図はＧｄ５ｃＧＧ基板上の膜を撮影した写真を模写
した図、 第３図はＢ１３Ｆｅ５０＋２膜のＸ線回折パターン図、 第４図はＢ１３ＦｅｓＯ＋２ＦＩＡのラマン散乱スペク
トル図、 第５図はＢ１３ＦｅｓＯ＋２膜のファラデー回転スペク
トル図、 第６図はＢｉ置換量とファラデー回転との相関図、 第７図はＢｉ置換量と格子定数との相関図である。 １・・・基板、 ２・・・基板ホルダー兼ヒーター、 ３・・・ターゲット、 ４・・・酸素ガス供給源、 ５・・・スパッタ用イオン源、 ６・・・基板表面処理用イオン源兼酸素イオン供給源。 第２図 ５ｉｌｔ扱量 （Ｓ子４Ｂ（／イヒｉジ？（）（ＹＢ
ｉ）３Ｆｅ５０＋２のＢｉ ’１１ｍ１１ ’ｃファラ
テーａｈとのｎｍａ第６図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）Ｂｉ＿３Ｆｅ＿５Ｏ＿１＿２で示される組成式を有
することを特徴とする強磁性化合物。 ２）ＢｉおよびＦｅを含む物質からなるターゲットにイ
オン源から放出されたイオンを衝突させ、該衝突によっ
て前記ターゲットから放出された前記ＢｉおよびＦｅ原
子と酸素供給源から供給された酸素とを基板上で結合さ
せることを特徴とするＢｉ＿３Ｆｅ＿５Ｏ＿１＿２の薄
膜製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62247452A JPH0193426A (ja) | 1987-09-30 | 1987-09-30 | 強磁性化合物およびその薄膜製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62247452A JPH0193426A (ja) | 1987-09-30 | 1987-09-30 | 強磁性化合物およびその薄膜製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0193426A true JPH0193426A (ja) | 1989-04-12 |
| JPH0379296B2 JPH0379296B2 (ja) | 1991-12-18 |
Family
ID=17163655
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62247452A Granted JPH0193426A (ja) | 1987-09-30 | 1987-09-30 | 強磁性化合物およびその薄膜製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0193426A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110556225A (zh) * | 2018-06-04 | 2019-12-10 | 清华大学 | 铁磁绝缘材料、制备方法及应用 |
-
1987
- 1987-09-30 JP JP62247452A patent/JPH0193426A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110556225A (zh) * | 2018-06-04 | 2019-12-10 | 清华大学 | 铁磁绝缘材料、制备方法及应用 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0379296B2 (ja) | 1991-12-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4981714A (en) | Method of producing ferroelectric LiNb1-31 x Tax O3 0<x<1) thin film by activated evaporation | |
| JPH0510651B2 (ja) | ||
| Higuchi et al. | Fabrications of cerium-substituted YIG thin films for magnetic field sensor by pulsed-laser deposition | |
| US4608142A (en) | Method of manufacturing magneto-optic recording film | |
| Akazawa et al. | Electron cyclotron resonance plasma sputtering growth of textured films of c-axis-oriented LiNbO 3 on Si (100) and Si (111) surfaces | |
| JPH0193426A (ja) | 強磁性化合物およびその薄膜製造方法 | |
| JPH0280562A (ja) | 鉄ガーネット層の製造方法、光導波路およびインテグレーテッドオプトエレクトロニクス素子 | |
| JPS6124213A (ja) | ビスマス置換フエリ磁性ガーネツト フイルムの形成方法 | |
| JPH0637351B2 (ja) | 強誘電体薄膜の製造方法 | |
| Falco et al. | Metal-metal superlattices | |
| JPH0765158B2 (ja) | 二酸化クロム薄膜の形成方法 | |
| Stognii et al. | Synthesis and Properties of Y 3 Fe 5 O 12 Films on Ferroelectric Ceramic Substrates PbZr 0.45 Ti 0.55 O 3 and Ba 0.4 Sr 0.6 TiO 3 | |
| JPH02258700A (ja) | 強誘電体薄膜及びその製造法 | |
| JP4055939B2 (ja) | ＬｉＮｂＯ３薄膜形成方法 | |
| JPH0354454B2 (ja) | ||
| JPH0637352B2 (ja) | リチウム酸化物系単結晶薄膜の製法 | |
| JPH01156462A (ja) | 強誘電体薄膜の製造方法 | |
| Francombe et al. | 2.5 Growth Of Epitaxial Films by Sputtering | |
| JPS58169106A (ja) | 光アイソレ−タ | |
| JPS60200887A (ja) | 磁性薄膜の製造方法 | |
| USRE28270E (en) | Preparation of manganese bismuth | |
| JPH02107524A (ja) | リチウム酸化物系誘電体薄膜の製法 | |
| JPH0242899B2 (ja) | ||
| JPH0773088B2 (ja) | 強磁性光透過膜及びその製造方法 | |
| JPH0511078B2 (ja) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |