JPS5925366B2

JPS5925366B2 - 円筒磁区材料

Info

Publication number: JPS5925366B2
Application number: JP49144858A
Authority: JP
Inventors: 靖治桧高; 孟俊日比谷
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1974-12-16
Filing date: 1974-12-16
Publication date: 1984-06-16
Also published as: JPS5170496A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は円筒磁区素子用カー不ツト材料においてガリウ
ムの代りにゲルマニウムまたはシリコンを使い、そのイ
オン価数を補償するために希土類イオン位置に＋２価の
陽イオンＣａを入れ、さらに希土類イオンＲの濃度ｙを
０．２≦ｙ≦１−５の間の値にした円筒磁区材料を提供
するものである。

現在円筒磁区（以下バブルと称す）素子は情報処理産業
に新しい局面を開く可能性を有する素子として注目され
ている。しかし今後この素子が大きく発展するためには
材料の面で一層の開発が望まれている。まずピット密度
を高くすることが重要になり、その結果として複合希土
類鉄ガーネットが注目されてきた。しかし、希土類鉄ガ
リウムカー不ントにおいては希土類イオンとしてイント
リウムを主成分としたカー不ツトにおいて膜面垂直方向
を磁化容易軸とする一軸磁気異方性エネルギーＫｕ（Ｋ
ｕ＞０）の大きさに限界があつた。バブル径はその材料
の特性長Ｌによつて規定される。Ｌは磁壁エネルギー密
度σｗと飽和磁化Ｍｓを使つてσｗＬ＝２（１）４πＭｓと表わすことができる。

（１）式からバルブ径が小さい材料を作るためにはＬを
小さくしなければならない。そのために材料の飽和磁束
密度４πＭｓを大きくしなければならない。一方、バブ
ル材料になるためには一軸磁気異方性磁場Ｈｋ（＝２Ｋ
ｕ／Ｍｓ）と４πＭｓとの間にＨｋ≧４πＭｓが満たさ
れなければならない（ＢｅｉｌＳｙｓｔ、Ｔｅｃｈ、Ｊ
、口、、３２８７（１９６９）参照）、即ち、ｑ−値（
ｑΞＨｋ／４πＭｓ）を１以上にする必要があるので、
一軸磁気異方性エネルギーも大きくしなければならない
。現在、バブル径をなるべく小さくしてピット密）度
を高くすることが量産、コストなどの点から肝要になつ
てきている。

そのために、バブル径が小さい材料の開発が進められて
いる。バブル径を３μｍ以下に小さくする場合バブルの
安定性をよくするための条件として以下の３点を考えな
ければフならない。（１）特性長Ｌと磁壁の幅Ｌｗと
の比が現在の８μｍバブル材料と同じにとれること。

即ちｑ２３．５。（２）バブル径として８Ｌをとると、
８Ｌ＜３．０１Ｌｍ０５（３）駆動磁場Ｈｒをできるだ
け小さい値にするために４πＭｓはできるだけ小さくす
る。

Ｌ、５ｑ値との関係はハＬ；（２Ａ／πＭｓ２）Ｙｑ＋（２）となる。

Ａは交換相互作用定数で、ここでは２Ｘ１０−７Ｅｒｇ
／Ｃｍとおいて、４πＭｓをパラメータとしてＬとｑと
の関係を第１図に示した。第１図に斜線で示した領域は
ｑ〉２３．５，８Ｌく３μｍの条件を充すものである。
第１図から８Ｌ〈３μｍにすると、４πＭｓは２３．５
ガウス以上にしなければならない。

４πＭｓの値は実際のバブル素子では駆動磁場Ｈｒを小
さくするため、できるだけ小さくすることが望ましい（
１９７４ｎｔｅｒｍａｇＣ０ｎｆ．２６−１参照）。

しかし第１図から明らかなように、ｑ一値をある程度以
上の大きさに保つためには４πＭｓはあまり小さくでき
ない。従つてバブル径を小さくするためにはそれに見合
つた一軸磁気異方性をもつ材料を作る必要がある。その
ための材料として（ＹＣａＲＬｕ）３（ＦｅＧｅ）５０
１２カー不ツト（Ｒ＝Ｓｍ，Ｅｕ）をとりあげた。この
系の中でＹｌ．８８ＬｕＯ．２ｃａＯ．９２Ｆｅ４．Ｏ
８ＧｅＯ．９２Ｏｌ２およびＹｌ．６４ＬｕＯ．ｌＥｕ
Ｏ．ｌｃａＯ．９６ＧｅＯ．９６Ｆｅ４．Ｏ４Ｏｌ２は
高いバブル移動速度をもつ５μｍバブル材料として報告
されている（Ｍａｔ．Ｒｅｓ．Ｂｕｌｌ．８，ｌ２２３
（工９７４）参照）。

しかし、これらの材料は一軸磁気異方性エネルギーが小
さく、３μｍ以下のバブル径を有する材料として使うた
めには光分な大きさのｑ一値を取り得ない。本発明は本
材料を基本として、より大きい異方性エネルギーをもつ
高速高密度材料を提供するものであり、以下実施例によ
り詳細に説明する。

第１図において８は参考例でＹｌ．３９ｃａＯ．９ｌＥ
ｕＯ．ｌ５ＬｕＯ．５５Ｆｅ４．Ｏ９ＧｅＯ．９ｌＯｌ
２のＬとｑとの関係を示している。Ｌはほぼ０．３μｍ
に近くできたが、ｑ一値は２．８と小さく、転送におい
てバブルが自然発生することがあり、書込み情報の安定
性がよくなかつた。９，１０は上記５μｍバブルを示す
参考文献中のデータで、４πＭｓを大きくすることによ
り、バブル径を３，２μｍと小さくしたとき、ｑ一値は
小さくなり、微小バブル材料としては適さない。

他方、第１図の１１，１２，１３は本発明によりｙ＝０
．５でゲルマニウム濃度ｘを変えた材料についてゲルマ
ニウムの濃度順に示したものである。

１１はＹＯ．８９ｃａＯ．４５ＥｕＯ，５Ｌｕｌ。

ｌ６Ｆｅ４．５５ＧｅＯ．４５Ｏｌ２で、Ｌは０．２μ
ｍと小さくできたが、ｑ値が２．５と小さくバブル転送
実験においてバブルの自然発生が生じ書き込み情報の不
安定を生じた。１２に示す点は組成をＹＯ．５６ｃａＯ
．８５ＥｕＯ．５Ｌｕｌ．Ｏ９Ｆｅ４．ｌ５ＧｅＯ．８
５Ｏｌ．で表わされる膜バブルの安定性を充すための条
件ｑ〉３．５，バブル径約３μｍを充している。

１３に示す点は組成をＹＯ．４６ｃａＯ．９５ＥｕＯ．
５Ｌｕｌ．Ｏ９Ｆｅ４．Ｏ５Ｇｅ４．９５Ｏｌ２で表わ
される膜で、ｑ一値は充分大きくできたが、Ｌが０．４
μｍとなり、３μｍバブル材料としては大きすぎる。

第１図でＥｕの量ｙを０．２３にするとＹｌ．２ｌｃａ
Ｏ．９ＥｕＯ．２３ＬｕＯ．６６Ｆｅ４．ｌＧｅＯ．９
Ｏｌ２でほぼ曲線４上にある点１４ＶＣなり、ｑ〉３．
５，Ｌ？０．３５μｍを充す材料が得られた。このよう
に本発明では一軸磁気異方性エネルギーを大きくするた
めにＲの量を多し、かつＸをＯくｘく０．９望ましくは
０．５くｘ＜．０．９の範囲にすることにより、ｑく３
．５以上でバルブ径ｄが２μｍくｄく３μｍのバルブ材
料を提示できた。エピタキシヤル膜は希土類ガーネツト
膜の成長に使われているのと同じデイツピング法を用い
た液相エピタキシヤル法で作つた。第１表はフラツクス
組成の例を示している。これら２つの例は融液の飽和温
度を変えるために７ラツクス中の組成モル比を変えたも
のである。

フイルムの組成はいずれもＹ。．５６ＥＵＯ．５ＬＵｌ
．Ｏ９ｃａＯ・８５Ｆｅ４．１５Ｇｅ０．８５０１２で
ある０第２図にはＹ２．ｌ５−ｙ−ＺＣａＯ．８５ＥＵ
ｙＬＵＺＦｅ４・１５Ｇｅ０．８５０１２膜における一
軸磁気異方性工不ルギ一のＥｕ量ｙ依存性を示している
。この一軸磁気異方性エネルギーはそのほとんどが成長
誘導異方性であることを高温アニール実験で確めた。成
長誘導異方仕エネルギーが常磁性希土類イオンの存在に
よつて起るとすれば、Ｅｕイオンだけがそのようなイオ
ンである。上記材料の一軸磁気異方性エネルギーＫｕは
ａを定数としてＫｕ＝Ａｙ（３−ｙ）（３）と表わせる（Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．↓Ａ，４３２，
（１９７３）参照）。

第２図の実線は原点と５つの測定点を使つて求めた（３
）式の曲線を示している。このＫｕの曲線上で第１図の
条件８Ｌく３．０μｍおよびｑ〉３．５を充すのはｑ＝
Ｈｋ／４πＭｓ，Ｈｋ２Ｋｕ／Ｍｓの関係式からＫｕ＝
８０００ｅｒｇＡｄ，４πＭｓ＝２３５ガウスが最低条
件であるから、第２図からＥｕは少なくともｙ＝０．２
は入れなければ光分な安定性をもつバブルを得ることは
できない。それ以上ｙが大きくなれば、Ｋｕが大きくな
り、４πＭ８を変えることによつてｑ一値を変えた材料
ができる。（３）式によればｙ＝１．５でＫｕは最大と
なることが予想される。これ以上Ｅｕイオン濃度ｙを増
してもＫｕは増加しないだけでなく、Ｅｕイオンのダン
ピング定数の影響が大きくなるので、バブルの高速駆動
に対してかえつて障害となる。以上から、ＹＣａＥｕＬ
ｕＦｅＧｅＯｌ２カー不ツトでバブル径３μｍ以下のバ
ブル材料を作るためには、Ｅｕ量ｙは０．２くｙく１．
５が適当である〇ｘの充すべき範囲は次のように定まる
。第１図の斜線部に特性が入るようにするためには４π
Ｍｓの最小値は曲線４で示され、２５０ガウスである。
Ｃａ−Ｇｅ系カー不ツトで、４πＭｓ二２５０ガウスを
得るためにはよく知られているようにＸは約０．９であ
る。（ＰｈｌｌｌｐｓＲｅｓ．Ｒｅｐｔ．，２７，ｌ５
ｌ（１９７２）参照）。実際には本発明においても、第
１図点１４で示す組成のｘ−０．９であり、上記文献予
想とほぼ合致している：したがつて、Ｘく０．９であれ
ば本発明が対象とするバブル径３．０μｍ以下のバブル
材料の達成には支障はなく、第１図からも容易に推定で
きるようにＸが小さい程、４πＭｓを大きくでき、微小
バブル達成に好都合である。しかし、ｘく０．５になる
と、この系ではｑ≧３．５を光す材料が得られにくくな
るので、０．５〈ｘ〈０．９の組成範囲であることが望
ましい。次にｚについて述べる。よく知られているよう
にエピタキシヤル膜は基板上に成長して膜をつくるため
、基板と材料との格子定数の整合をよくしなければなら
ない。本発明で述べているＲイオンは一般にイオン半径
が大きく、基板をＧｄ３Ｇａ５Ｏｌ２とか、ＳＷ３Ｇｄ
５０１２に規定すると、材料の格子定数を基板に合うよ
うに調整するため、本発明では、イオン半径が小さいＬ
ｕイオンを適量入れている。

そしてこの濃度ｚは必然的にＯ＜ｚく２．８の適当な値
をとることになる。Ｇｅの代りにＳｉを用いてもガー不
ント結晶ができ、キユリー温度等に関してＧｅとほぼ同
等の特性をもつていることは前記文献（Ｐｈｉ１１ｐｓ
Ｒｅｓ．Ｒｅｐｔ．，旦ｌ，１５１（１９７２）参照）
で報告されており、本発明者の実験においてもフラツク
ス中の各成分の組成モル比を再調整することによつてＧ
ｅ系の液相エピタキシヤル膜に比べて、バブル諸特性が
劣らないものを得た。

以上のようにしてこの系ではＥｕの量を変えることによ
つてＫｕを大きく変ぇることが可能でぁる。

したがつて、この材料は安定した直径３μｍ以下のバブ
ルが存在するバブル材料になる。さらにバブルの磁壁移
動度は実験した材料では３２０ｃｍ／ｓｅｃ．０ｅ付近
にあり、バブル両端に加わる磁場勾配とバブル移動速度
との直線関係も従来のＥｕ系ガー不ツト膜に比ぺて改善
された。そしてＨｃは希土類ガー不ツトとほとんど変ら
ない程度に小さくできた。この結果からバブル径３μｍ
でビツトレイト３００ＫＨｚ以上の材料を得ることがで
きた。以上の説明では希土類イオンとしてＥｕイオンを
取り上げたが、本発明では他にサマリウム（Ｓｍ）イオ
ンを置換した材料でも同様にバプル径３μｍ以下の安定
したバブルを存在できることが見出されている。

以下Ｓｍ置換ガー不ツトについての実施例を述べる。

ＳｍイオンがＥｕイオンと同様にバブル材料に必要な成
長誘導一軸磁気異方性エネルギーをつけるのに有効な希
土類イオンであることはＧａ系ガーネツト液相エピタキ
シヤル膜でよく知られている（Ａｐｐ１．Ｐｈｙｓ．Ｌ
ｅｔｔ，亜，２０４（１９７３）又はＪ．Ａｐｐ１。

Ｐｈｙｓ．４４，４１７７（１９７３）参照）。本発明
者は、本発明のＣａ−Ｌｕ−Ｇｅ系またはＣａ−Ｌｕ−
Ｓｉ系ガーネツト膜においてＥｕイオンの代りにＳｍイ
オンを入れて、やはり微小バブル材料に適する諸特性を
備えていることを見出した。

第１図点１５，１６，１７は本発明によりＳｍ濃度およ
びゲルマニウム濃度を変えた材料についてゲルマニウム
濃度順に示したものである。１５はＹ１．８５ｃａ０．
８３ｓｍＯ．１８Ｌｕ０．１４Ｆｅ４．１７Ｇｅ０．８
３０１２で表わされる膜で、１＝０．１８μｍであつた
が、ｑ＝２でバブルの安定性は６０℃以上のチツブ温度
ではバブルの自然発生が生じ問題になつたｏ１６はＹ１
．２１ｃａ０．８５ｓｍ０．３５ＬｕＯ．５９Ｆｅ４．
１５ＧｅＯＪ３５０１２で示す膜で２μｍバブル材料と
して充分安定なバブルを保持する材料であつたｏ１７は
Ｙ１．１８ｃａＯ．８９ｓｍＯ．３５ＬｕＯ．５８Ｆｅ
４．１１Ｇｅ０．８９０１２で示される材料で、ｑ一値
は充分大きくできかつ、バプル径は３μｍに近いものに
なつたｏ１９はＹ１．８ｃａＯ．８８ｓｍＯ．２ＬｕＯ
．１２Ｆｅ４Ｊ２Ｇｅ０．８８０１２材料であり、ｑ一
値が３．８の３μｍバブル材料が得られた。

１８はＹＯ．２ｃａ０．５１ｓｍ０．７Ｌｕ１．５６Ｆ
ｅ４．２４Ｇｅ０．５１０１２材料であり〜ｑ一値が３
．５以上の１μｍバブル材料になつた。

ｙ値の上限１．５はＥｕ系ガー冬ツトの場合と同様の理
由でＫｕを最大にするＳｍ量である。ｘに関しては、ｘ
〈０．５以下ではｑ〉３．５を充す材料が得られなかつ
た。ｚの允す条件はＥｕ系ガー不ツトの場合と同様であ
る。第３図はＹ２．１７−ｙ−ＺｃａＯ？ｓｍｙＬｕＺ
Ｆｅ４Ｊ７Ｇｅ０．８３０１２膜における成長誘導一軸
磁気異方性エネルギーのＳｍ量ｙ依存性を示している。

同じｙについて見ると、Ｅｕに比ぺてＳｍの方が成長誘
導異方性工不ルギーへの寄与が大きいことが窺われる。
Ｓｍ量ｙの上限は第３図からｙ＝０．１３程度で３μｍ
バブル材料としての要求特性は充され得るが、実際には
、バプルの安定性がわるくさらにバブルを微小化したと
き、このｙではｑ値が小さくなる。したがつてＥｕ，Ｓ
ｍを一括してＲとすると、その濃度ｙをＯ．２くｙく１
．５に選ぶことによつてＹＣａＥｕＬｕＦｅＧｅ系ガー
ネツトおよびＹＣａＳｍＬｕＦｅＧｅ系ガーネツトいず
れにおいてもバプル径３μｍ以下の転送に対する安定性
が高いバブル材料が得られた。第２表はＳｍ系ガー不ツ
ト膜成長時の融液組成を示している。

【図面の簡単な説明】

第１図は特性長１とｑ一値との関係を４πＭｓをパラメ
ータとして示した図、第２図はＹ２．ｌ５−ッ一２ｃａ
０．３５ＥｕｙＬｕ２Ｆｅ４．１５Ｇｅ０．８５０１２
Ｊ：′ピタキシヤル膜の成長誘導一軸磁気異方注工不ル
ギ一ＫｕのＥｕ量ｙ依存を示す図で、黒丸印は実験値，
実線は（３）式を使つて実験値によく合うように一軸磁
気異方住工不ルギ一Ｋｕ，５Ｅｕの含有量との関係を求
めた結果を示している。第３図はＹ２．，７−Ｙ．．，Ｚ．ｃａＯ．８３ｓｍｙ
Ｌｕ２Ｆｅ４．ｌ７ＧｅＯ．８３Ｏｌ２エピタキシヤル
膜の成長誘導＝軸磁気異方性工不ルギ一ＫｕのＳｍ量ｙ
依存を示した図で、黒丸印は実験値，実線…３）式を使
つて実験値によく合うように一軸磁気異方性工不ルギ一
ＫｕとＳｍ含有量との関係を求めた結果を示している。
図において、１，２，３，４，５，６，７はそれぞれ４
πＭｓが１００，１５０，２００，２５０３００，３５
０，４００ガウスの場合についての計算曲線）９はＹｌ
．８８ＬＵＯ．２ＣａＯ．９２Ｇθ０．９２Ｆｅ４．０
８０１２♂１０はＹｌ．６４ＬＵＯ．３ＥＵＯＪｃａＯ
Ｏ９６ＧｅＯ．９６Ｆｅ４．Ｏ４Ｏｌ２）８はＹｌ．３
９ｃａＯ，９ＥｕＯ．ｌ５ＬｕＯ．５５Ｆｅ４．Ｏ９Ｇ
ｅＯ．９ｌＯｌ２〜１１はＹＯ．８９ｃａＯ．４６Ｅｕ
Ｏ．５Ｌｕｌ．ｌ６Ｆｅ４．５５ＧｅＯ．４５Ｏｌ２Ｓ
ｂｌ２はＹＯ．５６ｃａＯ．８５ＥｕＯ．５Ｌｕｌ．Ｏ
９Ｆｅ４．ｌ５ＧｅＯ．８５Ｏｌ２〜１３はＹＯ．４６
ｃａＯ．９５ＥｕＯ．５Ｌｕｌ．Ｏ９Ｆｅ４．Ｏ５Ｇｅ
Ｏ．９５Ｏｌ２ｌ４はＹｌ．２ｌｃａＯ．９ＥｕＯ．２
３ＬｕＯ．６６Ｆｅ４．ｌＧｅＯ．９Ｏｌ２〜１５はＹ
ｌ．８５ｃａＯ．８３ｓｍＯ．ｌ８ＬｕＯ．ｌ４Ｆｅ４
．ｌ７ＧｅＯ．８３Ｏｌ２）１６はＹｌ．２ｌｃａＯメ
５ｓｍ０．３５Ｌｕ０，５９Ｆｅ４．１５Ｇｅ０．８５
０１２Ｓ１７はＹ１」８ｃａ０．８９ｓｍ０．３５Ｌｕ
０．５８Ｆｅ４．１１Ｇｅ０．８９０１２）１８はＹＯ
．２ｃａＯ．５ｌｓｍＯ．７３Ｌｕｌ．５８Ｆｅ４．４
９ＧｅＯ．５ｌＯｌ２ｒｌ９はＹｌ．８ｃａＯ．８８ｓ
ｍＯ．２ＬｕＯ．ｌ２Ｆｅ４．ｌ２ＧｅＯ．８８Ｏｌ２
についての測定結果である。

Claims

【特許請求の範囲】

１円筒磁区素子用ガーネット材料Ｙ＿３＿−＿ｘ＿−
＿ｙ＿−＿ｚＣａ＿ｘＲ＿ｙＬｕ＿ｚＦｅ＿５＿−＿ｘ
Ｍ＿ｘＯ＿１＿２（ＲはＳｍまたはＥｕ、ＭはＧｅまた
はＳｉ）エピタキシャル膜において、０＜ｘ＜０．９、
０．２≦ｙ≦１．５かつ０＜ｚ＜２．８であることを特
徴とする円筒磁区材料。