JPH0570290B2 - - Google Patents

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JPH0570290B2
JPH0570290B2 JP57182851A JP18285182A JPH0570290B2 JP H0570290 B2 JPH0570290 B2 JP H0570290B2 JP 57182851 A JP57182851 A JP 57182851A JP 18285182 A JP18285182 A JP 18285182A JP H0570290 B2 JPH0570290 B2 JP H0570290B2
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magnetic
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Yuzuru Hosoe
Norio Oota
Keikichi Ando
Ken Sugita
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Hitachi Ltd
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F10/00Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
    • H01F10/08Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers
    • H01F10/10Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers characterised by the composition
    • H01F10/18Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers characterised by the composition being compounds
    • H01F10/20Ferrites
    • H01F10/24Garnets
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  • Power Engineering (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕 本発明は、磁気バブル素子に用いられる磁性ガ
ーネツト膜に関し、詳しくは、バブル直径ほぼ
0.4μm以下の微小磁気バブルを保持するのに好適
な、磁気バブル素子に用いられる磁性ガーネツト
膜に関する。 〔従来技術〕 磁気バブルメモリ素子用ガーネツト材料におい
てバブル直径を小さくするためには飽和磁束密度
(4πMs)を大きくすれば良いことが知られてい
る。バブル直径をほぼ0.4μm以下にするためには
4πMsを約1900G以上にする必要がある。ところ
で鉄ガーネツトの飽和磁化(Ms)の大部分は、
4面体位置を占める鉄イオン(Fe3+;組成式当
り3個)の磁化と、これと逆方向を向いて配列し
ている8面体位置の鉄イオン(Fe3+;組成式当
り2個)の磁化との差によつて生ずる。従来、所
望の4πMsをもつ磁性ガーネツト膜は、4面体位
置選択性の強いガリウム(Ga3+)、アルミニウム
(Al3+)、シリコン(Si4+)もしくはゲルマニウム
(Ge4+)イオンなどで4面体位置の鉄イオン
(Fe3+)を置換することによりえられてきた。 従つて、4面体位置の鉄イオン(Fe3+)を置
換するGa3+,Al3+,Si4+,Ge4+などのイオンの
量を少なくすることにより4πMsを大きくしてバ
ブル直径を小さくすることができる。たとえば、
(SmLu)3Fe5-yGayO12系ガーネツトにおいて、y
=0とすることにより4πMsが約1800Gのバブル
用ガーネツト膜が形成されている(AIP.
Conference Proceedings No.29 PP.105−107,
1975)。しかし、このガーネツト系では、四面体
位置の鉄イオンの置換量をこれ以上少なくするこ
とができないため、これ以上4πMsを大きくする
ことはできない。 4πMsを大きくする他の1つの方法として、8
面体位置選択性の強い、スカンジウム(Sc3+)な
どの非磁性イオンで8面体位置の鉄イオン
(Fe3+)を置換することが考えられる。たとえ
ば、Y3 Fe5-y Scy O12でSc量yを0から0.7
まで増加することにより絶対零度における4πMs
が50%程度増加することが、知られている(J.
Appl.Phys.Vol.37,PP.1408−1415(1966))。そ
こで、4πMsの値を上記(SmLu)3Fe5O12で得ら
れた1800G以上にするためには、8面体位置の
Fe3+を非磁性イオンで置換すれば良いと考えら
れる。しかし、実際に8面体位置のFe3+をSc3+
で置換したガーネツト膜の室温(25℃)における
4πMsを測定してみると、第1図に示したように、
Sc量yを増加させてもほとんど4πMsは増加しな
い。これは、第2図に示したように、Sc量yの
増加とともにキユリー温度(Tc)が低くなり、
その結果、鉄イオン間の磁気的な相互作用が弱く
なつて、4πMsが増加しないものと考えられる。 〔発明の目的〕 本発明の目的は、上記従来の問題を解決し、飽
和磁束密度が大きく、直径0.4μm以下の磁気バブ
ルを保持できる磁気バブル素子に用いられる磁性
ガーネツト膜を提供することである。 〔発明の概要〕 上記目的を達成するため、本発明はビスマスイ
オン(Bi3+)によつて鉄イオン(Fe3+)間の磁
気的相互作用を強めるとともに、8面体位置の鉄
イオン(Fe3+)を非磁性イオンで置換すること
により、室温(25℃)における飽和磁束密度を
1900G以上にして、直径がほぼ0.4μm以下の微小
バブルを保持し得るようにするものである。 〔発明の実施例〕 以下、実施例を用いて本発明を詳細に説明す
る。イツトリウム鉄ガーネツト(Y3Fe5O12)の
12面体位置を占めるイツトリウムイオン(Y3+
の一部をビスマス(Bi3+)、鉛(Pb2+)などのイ
オン半径の大きなイオンで置換すると、キユリー
温度が高くなることが知られている。特にBi3+
用いた場合にこの効果は大きい。このような、キ
ユリー温度の上昇は、Bi3+によつてFe3+間の磁
気的相互作用が強められることを示唆している。
従つて、8面体位置のFe3+を非磁性イオンで置
換したガーネツトにおいて、12面体位置を占める
イオンの一部をBi3+で置換すれば、Fe3+間の磁
気的相互作用が強められて室温(25℃)における
4πMsが増大すると考えられる。ところで、12面
体位置を占めるイオンは一般に4面体位置の
Fe3+と逆向きの磁化を持つており、これは4πMs
を小さくする。従つて、12面体位置を占めるBi3+
以外のイオンとしては、このような磁化が小さい
Y3+,La3+,Sm3+,Tm3+,Yb3+,Lu3+が適し
ている。とくに、Sm3+とLu3+をそれぞれ、組成
式当り0.7個以上含んでいると、バブルを安定に
存在させるための磁気異方性が大きくなり、とく
に好ましい。また、8面体位置のFe3+を置換す
る非磁性イオンとしては、8面体位置選択性が強
く、かつ電荷補償を必要としないSc3+,In3+Cr3+
が好適である。 第3図に(SmLu)3-xBixFe5-yScyO12において、
Bi量xを0,0.2,0.6,0.9とした場合のSc量yと
室温(25℃)における4πMsの関係を示す。第3
図から明かなように、Bi3+を含まないx=0の場
合に比べて、Bi3+を含んだ場合はいずれも4πMs
が大きくなり、4πMsを1900G以上にできる。 第4図はxを0〜0.9の範囲におけるキユリー
温度TcのSc量y依存性を示す。いずれの場合も
Sc量の増加とともにキユリー温度Tcが低下する
が、Sc量yが同じであればBi量が多い膜ほどキ
ユリー温度は高い。 キユリー温度は、バブル素子の動作温度範囲の
上限を決めている重要な因子である。特に、イオ
ン打ち込みによつてバブル駆動層を形成するイオ
ン打ち込み素子においては、イオン打ち込みによ
つてバブル駆動層のキユリー温度が50度程度低下
するため、あらかじめキユリー温度を高くしてお
く必要がある。この点からもBiを含むガーネツ
ト膜の方が有利である。動作温度範囲の上限を
100℃以上とするためには、キユリー温度を240℃
以上にする必要がある。 第1表は種々のガーネツト膜の磁気特性を示し
たものである(室温測定値)。これらのガーネツ
ト膜はすべて800℃〜950℃の温度で基板を60rpm
で回転させ周知の液相エピタキシヤル成長法によ
つて作成した。なお基板としては、Nd3
【表】 Ga5O12およびSm3Ga5O12単結晶を用いそれら
の基板の(111)面上に成長させた。 試料番号Iは、12面体位置にBi3+を含まないガ
ーネツト膜である。8面体位置のFe3+をSc3+
置換したが、キユリー温度が246℃とSc3+で置換
しない場合のキユリー温度(287℃)よりも
39degも低くなつており、飽和磁束密度は1820G
とほとんど増加していない。このためバブル直径
を0.4μm以下にできなかつた。 試料番号は、試料番号Iのガーネツト膜の12
面体位置のSm3+およびLu3+の一部をBi3+で置換
したガーネツト膜である。キユリー温度が、Bi3+
を含まない試料番号Iに比べて24deg高くなつて
おり、飽和磁束密度は1990Gと大きくなつてい
る。これによつて保持できるバブルの直径は
0.37μmと0.4μm以下になつた。 試料番号は、試料番号のガーネツト膜で8
面体位置のFe3+を置換するのに用いたSc3+の代
わりにIn3+を用いたガーネツト膜である。試料番
号とほぼ同様な特性が得られており、直径
0.4μm以下の微小磁気バブルを保持することがで
きた。 本発明において、Biおよび8面体位置置換元
素の含有量は極めて重要であり、好ましい効果を
得るためには、所定の範囲内にあることが必要で
ある。第2表は一般式R3-xBixFe5-yMyO12(ここ
でRはY,La,Sm,Tm,Yb,Luからなる群
より選択された少なくとも1種からなる元素。M
はSc,In,Crからなる群より選択された少くと
も一種からなる元素。)で表わされるガーネツト
膜において、Bi量xと8面体位置置換元素量y
の値を種々に変えた場合に得られる特性を示す。 第2表において、特性の良否は○および×で表
わした。飽和磁束密度が1900G以上であつて、直
径0.4μm以下の微小磁気バブルが安定に存在する
ことができ、しかも、キユリー温度が240℃以上
のものを○、これ等の条件を満足しないものを×
で表わした。
〔発明の効果〕
上記説明から明らかなように、本発明によれば
飽和磁束密度(4πMs)を1900G以上にできるの
で、膜厚とバブル直径がほぼ等しい磁性ガーネツ
ト膜において、バブル直径をほぼ0.4μm以下とす
ることが可能である。また、キユリー温度を240
℃以上とすることができ、イオン打ち込み素子に
使用しても、極めて好ましい結果が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は(SmLu)3Fe5-yScyO12単結晶膜のSc
量yと飽和磁束密度4πMsの関係を示す曲線図、
第2図は(SmLu)3Fe5-yScyO12単結晶膜のSc量
yとキユリー温度Tcの関係を示す曲線図、第3
図は(SmLu)3-xBixFe5-yScyO12単結晶膜のBi量
y,Sc量yと飽和磁束密度4πMsの関係を示す曲
線図、第4図は(SmLu)3-xBixFe5-yScyO12単結
晶膜のBi量x,Sc量yとキユリー温度Tcの関係
を示す曲線図、第5図は本発明において、Bi量
xおよび8面体位置置換元素量yの好ましい値の
範囲を示す図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 非磁性ガーネツト基板上に育成された磁性ガ
    ーネツト膜において、その組成が一般式 R3-xBixFe5-yMyO12 (RはY,La,Sm,Tm,Yb及びLuからな
    る群より選択された少なくとも1種の元素、Mは
    実質的に4面体位置の鉄イオンを置換せず8面体
    位置の鉄イオンを置換する少なくとも1種の非磁
    性イオン元素であり、且つ0<x≦0.9、0<y
    ≦0.4)で示されることを特徴とする磁性ガーネ
    ツト膜。 2 特許請求の範囲第1項に記載の磁性ガーネツ
    ト膜において、上記一般式中のMはSc、In及び
    Crからなる群より選択された少なくとも1種の
    元素であり、上記x及びyの値は第5図の点1
    (0.2,0.3)と点2(0.2,0.1)を結ぶ線分a、
    (0.2,0.1)と点(0.9,0.03)を結ぶ線分b、
    (0.9,0.03)と点(0.9,0.4)を結ぶ線分c及び
    (0.9,0.4)と点(0.2,0.1)を結ぶ線分dによつ
    て囲まれた領域A内にあることを特徴とする磁性
    ガーネツト膜。
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