JPH11286774A - Ferromagnetic and ferroelectric thin film and its production - Google Patents
Ferromagnetic and ferroelectric thin film and its productionInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この出願の発明は、強磁性強
誘電体薄膜とその製造方法に関するものである。さらに
詳しくは、この出願の発明は、記録密度の大きなメモリ
デバイス等として有用な、強磁性体であって、かつ強誘
導体でもある酸化物薄膜に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a ferromagnetic ferroelectric thin film and a method for producing the same. More specifically, the invention of this application relates to an oxide thin film that is a ferromagnetic material and a strong derivative, which is useful as a memory device having a large recording density.
【0002】[0002]
【従来の技術とその課題】従来より、情報の記録のため
のメモリ媒体としては、電荷、すなわち+と−とにより
情報を記録するDRAMやFRAM等として応用される
方式のものと、スピン、すなわちNとSとにより情報を
記録するMOディスクやハードディスク等として応用さ
れる方式のものとが知られている。2. Description of the Related Art Conventionally, as a memory medium for recording information, there are a memory medium for recording information with electric charges, that is, + and-, a method applied as a DRAM or FRAM, and a spin medium, that is, a method for applying information. There is known a type applied as an MO disk, a hard disk, or the like for recording information by N and S.
【0003】これらのメモリ媒体の各々については、記
録密度の向上のために様々な工夫がなされてきている
が、いずれの場合にも電荷かスピンのいずれか一種の情
報であるため、n個のセルを使用した時の許容可能な情
報量は2n 個であるという制約があった。このため、記
録密度の増大を目的として、従来では、セルの集積度の
向上のための研究に注力されてきた。Various attempts have been made to improve the recording density of each of these memory media. However, in each case, since each type of information is either kind of charge or spin, n pieces of information are used. There is a restriction that the allowable amount of information when a cell is used is 2 n . Therefore, for the purpose of increasing the recording density, research has conventionally been focused on improving the degree of integration of cells.
【0004】しかしながら、許容可能な情報量が2n 個
であるとの本質的制約については解消されていない。そ
こで、異質なメカニズム、たとえば電荷とスピンでの記
録を可能とすることが考えられている。電荷とスピンと
を情報として利用できるのであればn個のセルを使用し
た時の許容可能な情報量は4n 個となり、圧倒的に多く
の情報が記録可能となるからである。However, the essential restriction that the allowable information amount is 2 n has not been solved. Therefore, it has been considered to enable recording with a different mechanism, for example, charge and spin. This is because if the charge and the spin can be used as information, the allowable information amount when using n cells is 4 n , and overwhelmingly much information can be recorded.
【0005】だが、残念ながら、これまでのところ、こ
のような異質なメカニズムでの記録を可能とすることは
実現されてきていない。このような記録を可能とするメ
モリ媒体についての手がかりが得られていないからであ
る。この出願の発明は、以上のとおりの従来技術の限界
を超えることを目的としてなされたものであり、異質な
メカニズムによる記録を可能とする新しいメモリ媒体と
しての応用を拓く、これまでに知られていない技術的手
段を提供することを課題としている。[0005] Unfortunately, recording by such a heterogeneous mechanism has not been realized so far. This is because no clue has been obtained for a memory medium that enables such recording. The invention of this application has been made with the aim of exceeding the limitations of the prior art as described above, and has been known to pioneer its application as a new memory medium that enables recording by a heterogeneous mechanism. The challenge is to provide no technical means.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】この出願の発明は、前記
の課題を解決するものとして、次式 ABO3 (Aは、2価あるいは3価の金属元素を、Bは、3価あ
るいは4価の金属元素を示す)で表わされる化合物組成
を有し、ペロブスカイト型結晶構造を持つ結晶化薄膜で
あって、強磁性強誘電体であることを特徴とする強磁性
強誘電体薄膜を提供する。In order to solve the above-mentioned problems, the invention of the present application is based on the following formula: ABO 3 (A is a divalent or trivalent metal element, B is a trivalent or tetravalent metal element) A ferromagnetic ferroelectric thin film, which is a crystallized thin film having a perovskite crystal structure and having a compound composition represented by:
【0007】そして、この出願の発明は、前記の式AB
O3 において、AがBi、BaまたはPbであって、B
がFe、Mn、Cr、TiまたはZrである強磁性強誘
電体薄膜を、AがBiであり、BがFeまたはMnであ
る強磁性強誘電体薄膜をも提供する。また、この出願の
発明は、前記薄膜からなることを特徴とするメモリ媒体
も提供する。The invention of this application is based on the above formula AB
In O 3 , A is Bi, Ba or Pb;
, Fe, Mn, Cr, Ti, or Zr, and a ferromagnetic ferroelectric thin film in which A is Bi and B is Fe or Mn. The invention of this application also provides a memory medium characterized by comprising the thin film.
【0008】さらに、この出願の発明は、前記薄膜の製
造方法であって、気相成膜または塗布により成膜するこ
とを特徴とする強磁性強誘電体薄膜の製造方法を提供す
る。以上のとおりのこの出願の発明は、前記の課題を解
決するために、この出願の発明者が強誘電体に着目して
検討を進め、その結果得られた知見に基づいて完成され
ている。すなわち、たとえばBi系強誘電体は、その良
好な耐疲労特性のためにFRAMへの応用が期待され、
薄膜についての研究が活発に行われているものである
が、このBiを含むペロブスカイト類縁化合物について
は、d軌道の電子数に対応して、誘電体から磁性体、超
伝導体と広範な電気・磁気特性を示すことから、この出
願の発明者によって、強磁性と強誘電性の共存を可能と
し、同一領域に双極子分極と、スピン分極という異質な
メカニズムの発現が可能である化合物薄膜が発明として
完成されたのである。Further, the invention of the present application provides a method for producing a ferromagnetic ferroelectric thin film, wherein the method is for producing the thin film by vapor deposition or coating. As described above, in order to solve the above-described problems, the inventors of the present application have focused on ferroelectrics and have studied and have completed the invention based on the knowledge obtained as a result. That is, for example, Bi-based ferroelectrics are expected to be applied to FRAM because of their good fatigue resistance characteristics.
Research on thin films has been actively conducted, and perovskite analogs containing Bi have been converted from dielectric materials to magnetic materials and superconductors in a wide range of electric and Because of its magnetic properties, the inventor of the present application has invented a compound thin film that enables the coexistence of ferromagnetism and ferroelectricity, and that can exhibit different mechanisms of dipolar polarization and spin polarization in the same region. It was completed as.
【0009】[0009]
【発明の実施の形態】この出願の発明は、前記のとおり
の特徴を持つものであるが、以下にその実施の形態につ
いて説明する。この発明においては、ABO3 で表わさ
れる化合物組成を有し、ペロブスカイト型結晶構造を持
つ結晶化薄膜であって、強磁性強誘導体が提供される
が、この場合のABO3 の組成では、Aは、2価あるい
は3価の金属元素を、Bは3価あるいは4価の金属元素
を示している。このAおよびBの金属元素を例示する
と、Aとしては、代表例として、Bi、Ba、Pbが、
またBとしてはFe、Mn、Cr、Ti、Zr、Hfが
挙げられる。AおよびBは、各々、一種の元素でもよい
し、二種以上の元素であってもよい。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The invention of this application has the features as described above, and embodiments thereof will be described below. In the present invention, having a compound composition represented by ABO 3, a crystallized thin film having a perovskite crystal structure, the ferromagnetic strong derivatives is provided, the composition of ABO 3 in this case, A is B represents a divalent or trivalent metal element, and B represents a trivalent or tetravalent metal element. When the metal elements of A and B are illustrated, as A, Bi, Ba, and Pb are representative examples;
Examples of B include Fe, Mn, Cr, Ti, Zr, and Hf. A and B may each be a single element or two or more elements.
【0010】なかでも、この発明においては、より具体
的に、BiFeO3 およびBiMnO3 の化合物薄膜が
例示される。なお、この発明においては、実質的にAB
O3 の組成のペロブスカイト型結晶構造を持つ結晶化薄
膜であって、強磁性強誘導体である限り、その組成や結
晶構造についての微少な差異が許容されることは言うま
でもない。[0010] In particular, in the present invention, a compound thin film of BiFeO 3 and BiMnO 3 is exemplified more specifically. Note that, in the present invention, substantially AB
Needless to say, as long as it is a crystallized thin film having a perovskite-type crystal structure of O 3 and a strong ferromagnetic derivative, slight differences in its composition and crystal structure are allowed.
【0011】ABO3 、たとえばその具体例としてのB
iFeO3 およびBiMnO3 は、この発明においては
各種の方法によって薄膜として製造されることになる。
たとえば気相成膜法としての真空蒸着法、スパッタリン
グ法、レーザーアブレーション法等により、あるいは、
塗布成膜法としてのゾルゲル法、MOD法等により成膜
される。ABO 3 , for example, B as a specific example
iFeO 3 and BiMnO 3 are produced as thin films by various methods in the present invention.
For example, by a vapor deposition method as a vapor phase film forming method, a sputtering method, a laser ablation method, or
A film is formed by a sol-gel method or a MOD method as a coating film forming method.
【0012】なかでも適当な方法は、低温での結晶化薄
膜の製造が可能なレーザービームを用いた方法である。
レーザービームの照射下に、たとえば酸素ガスの供給雰
囲気下に成膜する方法である。たとえばBi、Fe、M
n等の酸化物をターゲット物質とし、レーザービームを
照射して結晶化薄膜を形成する。この際には、酸素ガス
雰囲気とするのが適当である。Among them, a suitable method is a method using a laser beam capable of producing a crystallized thin film at a low temperature.
This is a method of forming a film under irradiation of a laser beam, for example, in an oxygen gas supply atmosphere. For example, Bi, Fe, M
A crystallized thin film is formed by irradiating a laser beam with an oxide such as n as a target material. In this case, it is appropriate to use an oxygen gas atmosphere.
【0013】また、より具体的には、酸素ガス中には、
15%までのO3 (オゾン)を含有させておくことが特
性の優れたこの発明の薄膜の形成にとって有効である。
より好ましくは、3〜10%の含有量とするのが適当で
ある。レーザービームについては、エキシマレーザーが
適当なものとして示される。なお、基板については特に
制限はなく、たとえばSi(シリコン)をはじめ、チタ
ン酸ストロンチウム等の複合酸化物等であってよい。More specifically, oxygen gas contains
It is effective to contain O 3 (ozone) up to 15% for forming the thin film of the present invention having excellent characteristics.
More preferably, the content is 3 to 10%. For laser beams, excimer lasers are indicated as suitable. The substrate is not particularly limited, and may be, for example, Si (silicon) or a composite oxide such as strontium titanate.
【0014】以下、実施例を示し、さらに詳しくこの発
明について説明する。Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples.
【0015】[0015]
【実施例】Bi2 O3 と、Fe2 O3 を各々ターゲット
物質とし、5×10-3Torrの酸素ガス(8%O3 含
有)雰囲気下においてArFエキシマレーザー(波長1
93nm)によりレーザーアブレーションを行い、対向
するチタン酸ストロンチウム基板上に、約10Å/mi
nの速度で成膜した。基板温度は500℃とした。Bi
FeO3 の結晶化薄膜を得た。同様に、Fe2 O3 の代
わりにMnO2 をターゲットとして用い、BiMnO3
の結晶化薄膜を得た。EXAMPLE BiF 2 O 3 and Fe 2 O 3 were used as target materials, respectively, and an ArF excimer laser (wavelength 1) was used in an atmosphere of 5 × 10 −3 Torr oxygen gas (containing 8% O 3 ).
Laser ablation at about 93 ° / mi on an opposing strontium titanate substrate.
The film was formed at a speed of n. The substrate temperature was 500 ° C. Bi
A crystallized thin film of FeO 3 was obtained. Similarly, MnO 2 was used as a target instead of Fe 2 O 3 , and BiMnO 3
Was obtained.
【0016】図1は、BiFeO3 薄膜結晶のX線回折
パターンを示したものである。また、図2は、BiFe
O3 薄膜の誘電特性を示した図であり、図3は、BiF
eO 3 薄膜のD−E曲線を示した図である。BiMnO
3 薄膜の場合にも図3と類似の曲線を得た。一方、SQ
UIDによる帯磁率測定により、BiFeO3 薄膜およ
びBiMnO3 薄膜のいずれの場合においても、印加磁
場1Tにおいて約2×10-5emu程度の強磁性を示し
た。FIG. 1 shows BiFeOThreeX-ray diffraction of thin film crystals
It shows a pattern. FIG. 2 shows that BiFe
OThreeFIG. 3 is a diagram showing dielectric properties of a thin film, and FIG.
eO ThreeIt is the figure which showed the DE curve of the thin film. BiMnO
ThreeIn the case of the thin film, a curve similar to FIG. 3 was obtained. On the other hand, SQ
By measuring the magnetic susceptibility by UID, BiFeOThreeThin film and
And BiMnOThreeIn either case, the applied magnetic field
About 2 × 10 at 1T-Fiveshows ferromagnetic properties of about emu
Was.
【0017】図4は、BiFeO3 薄膜の磁化曲線を示
したものである。BiFeO3 およびBiMnO3 の薄
膜はいずれもペロブスカイト型結晶構造を有する結晶化
薄膜であって、強磁性で強誘導体であることが確認され
た。電荷とスピンとのメカニズムによる記録が可能な、
新しいメモリー媒体として有用な薄膜が得られた。FIG. 4 shows a magnetization curve of the BiFeO 3 thin film. Both of the thin films of BiFeO 3 and BiMnO 3 were crystallized thin films having a perovskite-type crystal structure, and were confirmed to be ferromagnetic and strong derivatives. Recording by the mechanism of charge and spin is possible,
A thin film useful as a new memory medium was obtained.
【0018】[0018]
【発明の効果】以上詳しく説明したとおり、この発明に
よって、BiFeO3 、BiMnO3として具体的に例
示されるペロブスカイト型結晶構造を持つ結晶化薄膜で
あって、n個のセルを使用した時の許容可能な情報が4
n 個として飛躍的に大きなものとなる電荷とスピンとい
う異質メカニズムによる記録を可能とする新しいメモリ
ー媒体として有用な、強磁性強誘電体薄膜が提供され
る。As described in detail above, according to the present invention, a crystallized thin film having a perovskite type crystal structure specifically exemplified as BiFeO 3 or BiMnO 3 , which is acceptable when n cells are used. Possible information 4
A ferromagnetic ferroelectric thin film is provided which is useful as a new memory medium capable of recording by a heterogeneous mechanism of electric charge and spin, which is dramatically increased as n .
【図1】実施例としてのBiFeO3 薄膜のX線回折パ
ターンを示した図である。FIG. 1 is a diagram showing an X-ray diffraction pattern of a BiFeO 3 thin film as an example.
【図2】実施例としてのBiFeO3 薄膜の誘電特性を
示した図である。FIG. 2 is a diagram showing dielectric properties of a BiFeO 3 thin film as an example.
【図3】実施例としてのBiFeO3 薄膜のD−E曲線
図である。FIG. 3 is a DE curve diagram of a BiFeO 3 thin film as an example.
【図4】実施例としてのBiFeO3 薄膜の磁化曲線図
である。FIG. 4 is a magnetization curve diagram of a BiFeO 3 thin film as an example.
Claims (6)
るいは4価の金属元素を示す)で表わされる化合物組成
を有し、ペロブスカイト型結晶構造を持つ結晶化薄膜で
あって、強磁性強誘電体であることを特徴とする強磁性
強誘電体薄膜。A perovskite crystal structure having a compound composition represented by the following formula: ABO 3 (A represents a divalent or trivalent metal element, and B represents a trivalent or tetravalent metal element) 1. A ferromagnetic ferroelectric thin film, characterized in that it is a crystallized thin film having a ferromagnetic ferroelectric.
はPbであって、BがFe、Mn、Cr、TiまたはZ
rである請求項1の強磁性強誘電体薄膜。2. In ABO 3 , A is Bi, Ba or Pb, and B is Fe, Mn, Cr, Ti or Z.
2. The ferromagnetic ferroelectric thin film according to claim 1, wherein r is r.
ある請求項2の強磁性強誘電体薄膜。3. The ferromagnetic ferroelectric thin film according to claim 2, wherein A is Bi and B is Fe or Mn.
なることを特徴とするメモリ媒体。4. A memory medium comprising the thin film according to claim 1.
造方法であって、気相成膜または塗布により成膜するこ
とを特徴とする強磁性強誘電体薄膜の製造方法。5. The method for producing a ferromagnetic thin film according to claim 1, wherein the film is formed by vapor deposition or coating.
求項5の製造方法。6. The method according to claim 5, wherein the film is formed by a vapor phase using a laser beam.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP09042298A JP3969833B2 (en) | 1998-04-02 | 1998-04-02 | Ferromagnetic ferroelectric thin film and manufacturing method thereof |
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JPH11286774A true JPH11286774A (en) | 1999-10-19 |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100399017B1 (en) * | 2000-10-07 | 2003-09-19 | 한국과학기술연구원 | Ferroelectrics - Ferromagnetics Composites and Fabricating Method Thereof |
WO2006028005A1 (en) * | 2004-09-08 | 2006-03-16 | Kyoto University | Ferromagnetic ferroelectric substance and process for producing the same |
JP2008285350A (en) * | 2007-05-16 | 2008-11-27 | Sophia School Corp | Normal temperature magnetic ferroelectric superlattice and its production method |
-
1998
- 1998-04-02 JP JP09042298A patent/JP3969833B2/en not_active Expired - Fee Related
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JPWO2006028005A1 (en) * | 2004-09-08 | 2008-05-08 | 国立大学法人京都大学 | Ferromagnetic ferroelectric and manufacturing method thereof |
JP2008285350A (en) * | 2007-05-16 | 2008-11-27 | Sophia School Corp | Normal temperature magnetic ferroelectric superlattice and its production method |
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