JPS6016889A - ガ−ネツト型酸化物単結晶薄膜育成法 - Google Patents

ガ−ネツト型酸化物単結晶薄膜育成法

Info

Publication number
JPS6016889A
JPS6016889A JP58123227A JP12322783A JPS6016889A JP S6016889 A JPS6016889 A JP S6016889A JP 58123227 A JP58123227 A JP 58123227A JP 12322783 A JP12322783 A JP 12322783A JP S6016889 A JPS6016889 A JP S6016889A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
thin film
yig
garnet
substrate
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.)
Pending
Application number
JP58123227A
Other languages
English (en)
Inventor
Kazumasa Takagi
高木 一正
Toshio Kobayashi
俊雄 小林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP58123227A priority Critical patent/JPS6016889A/ja
Publication of JPS6016889A publication Critical patent/JPS6016889A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B1/00Single-crystal growth directly from the solid state
    • C30B1/02Single-crystal growth directly from the solid state by thermal treatment, e.g. strain annealing
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/16Oxides
    • C30B29/22Complex oxides
    • C30B29/28Complex oxides with formula A3Me5O12 wherein A is a rare earth metal and Me is Fe, Ga, Sc, Cr, Co or Al, e.g. garnets

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Thin Magnetic Films (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明はイツトリウム・鉄・ガーネット(YIG: Y
3Fe5O12)に代表される結晶構造がガーネットで
ある酸化物の単結晶薄膜の育成法に係り、とくにグラフ
オエピタキシーによる該単結晶薄膜の育成法に関する。
〔発明の背景〕
YsFesOtz (以後YIGと略す)に代表サレル
ガーネット結晶は磁気パズル素子、磁気光学素子、V−
ザなどに極めて有用なエレクトロニクス材料である。こ
のガーネット結晶を薄膜化するには、同じガーネット構
造をもつガドリニウム・ガリウム・ガーネット(Gd3
Ga50t□)などの単結晶基板上にL P E (L
iquid Phase Epi taxy )法、C
VD (Chemical Vapor 1)epos
ition)法などによりエピタキシャル成長させるこ
とが必要である。
一方、近年のエレクトロニクスの分野においては、単結
晶薄膜を薄膜とは材質が異なる基板上に形成することが
望まれている。この課題を解決する技術としては、石英
ガラスなどのアモルファル基板上に微細な溝(例えば溝
幅0.3μm ) f形成し、この上に溝にそって結晶
方位がそろった単結晶薄膜を形成するグラフオエピタキ
シー技術がある。(M−W、 Ge1s、 D、C,F
landers、 H,I。
Bmith and 7)、A、 Antonid;s
、 J、 yac、 Bc】’l’echno1.16
(6)(1979)1640 )YIG単結晶薄膜を石
英ガラス基板上にグラフオエピタキシーによって形成し
た場合には、形成したYIG薄瞑は微細な多結晶になり
易い。グラフオエピタキシーは結晶面によって表面エネ
ルギーが違っていることを利用する方法である。初期に
発生する結晶核の表面エネルギーの低い面は、基板に形
成した溝の底面と側面に優先的に接触し、その結果とし
て結晶方位が成長した膜全体でそろうものである。
しかしながら、ガーネットにおける表面エネルギーの低
い面は第1図に示すような(211)1と(110)2
であり、各面がなす角は30 、33.6゜48.2,
54.7,60,73.2.90° と多数ある。基板
表面に断面が矩形の清音形成し、その上にグラフオエピ
タキシーによりYIG薄膜を形成した時、薄膜が多結晶
になる理由は単純な形状をもつ溝では、多数の面間角を
同時にカバーでき−ず、特定の面が配向しないためであ
る。
〔発明の目的〕
本発明の目的は基板とに形成した断面形状が矩形の溝を
使い、グラフオエピタキシーによってYIG単結晶薄膜
を育成することにある。
〔発明の概要〕
断面が矩形である溝をもつ基板上にグラフオエピタキシ
ーによって、単結晶薄膜を育成するには成長する結晶核
が互いに直角な面によって囲まれていることが必要であ
る。すなわち(1001而で囲まれる立方晶が適した材
料である。ガーネットは先に述べたようにf2111.
(110)面が発達するため、この条件には一致してい
ない。
そこで、本発明ではまず(100)面で囲まれる材料の
単結晶薄膜全グラフオエピタキシーで育成し、この単結
晶薄膜の上にガーネットヲエビタキシャル成長させた。
これまでガーネットをガーネット以外の材料の基板上に
エピタキシャル成長させた例はない。これはガーネット
の格子定数がYIGの場合、1.237nmと極めて大
きく、これと一致するような材料がない、熱膨張係数が
違うなどの理由から、多結晶になったり、割れたりした
ためと考えられる。
しかし、本発明では次のような観点に立って、ガーネッ
トの薄膜を成長させるための薄膜材料全検討した。酸化
物のエピタキシャル成長に重要な役割を担っているのは
格子定数よりも酸素原子の配列および酸素原子間距離で
ある。熱膨張係数の違いによって発生する薄膜の割れは
、成長する薄膜を島状に分離し、各島の面積金小さくす
れば防止できる。
YIGの各酸素原子間の距離は0.268〜0.316
nmの範囲に6種類あり、一定ではない。(,100)
面に平行な面において、もつとも酸素原子が稠密に配列
している面を第2図に示す。この面における全ての酸素
原子5が第3図のように再配列すれば、酸素原子間平均
距離は0.22nmになる。一方、金属原子との結合が
切れている酸素原子のみを考慮すれば、酸素原子間平均
距離は0.31nmとなる。このことから、ガーネット
の場合、酸素原子間距離としては0.22〜Q、31n
mの範囲が考えられ、この範囲の値をもつ酸化物基板材
料を実験的に調べた。その結果、MgO,L iFに代
表される岩塩型結晶およびMg At204に代表され
るスピネル型結晶は矩形の断面をもつ溝の上にグラフオ
エピタキシーにより単結晶膜として成長し、しかもその
上にガーネットをエピタキシャル成長させるための基板
材料になることを見い出した。
実際の単結晶薄膜形成および結果については実施例でも
って説明する。
〔発明の実施例〕
実施例1 基板とガーネット薄膜の間にスピネル型結晶構造をもつ
MgAA204膜全形成した例金示す。
MgAt204のに100)面における酸素原子間距離
は0.272nmである。直径50■、厚さ0,3門の
5莢ガラス基板8上に幅1μIn (凹凸の山および谷
の幅がいずれも1μm)の溝を形成した。方法はまず1
μm周期の平行縞パター/をもつホ1マスクを用い、リ
ングラフィによって基板上に塗布したホトレジストに縞
状のパターン?形成しブζ。
このパターンをもとに、ドライエツチング法(反応ガス
はCH,Fa )により、幅1μm、深さ0.5μnl
の矩形断面をもつ溝を基板に形成した。この基板上にM
 g A −e−204k高周波スノくツタ法によって
蒸着した。膜形成時のアルゴン圧は6.6X10”Pa
1基板温度は100Cで、膜厚は」μmであった。蒸着
したMgAAz04膜はX線回折から非晶質であること
が分った。この膜を電気炉中で1100tll”に加熱
することにより、結晶化させた。
膜は多結晶になったが、膜面方位が<100>に配向し
ており、1つの粒径は平均5叫であった。
このMgAt204膜7上にYIG?高周波スパッタ法
により蒸着した。スパッタ蒸着条件はMgAt204膜
全形成した時と同じである。蒸着した状態でのYIG薄
膜(膜厚1μm)は非晶質であったが、これ’1800
Cに空気中で加熱することにより結晶化がおこった。Y
IG膜6の面方位はほぼ[100)で、面内方位はMg
 2 kt204の〔010〕に対して、YIGの〔0
10〕が45゜傾いていた。また結晶粒径はM gA 
t 204の粒径と同じであ、0、YIGがエピタキシ
ャル成長していることを裏伺けるものである。膜には割
れが少し生じたが、割れは粒界部分に限定されていた。
形成した膜の外観図を第4図に示す。
実施例2 溝を有する石英ガラス基板8とYI()薄膜6の間に岩
塩型結晶構造をもつ酸化マグネシウム(MgO)膜9を
形成した例を示す。なおMgOの(ioo)面における
酸素原子間距離は0.298nmである。実施例1と同
様の方法で溝をもつ石英ガラス基板」二にMgO盆高周
波スパッタ法により蒸着した。蒸着膜は電気炉中で10
00tl’に加熱することにより、面方位が(100)
]に配向した多結晶膜になった。粒径は平均4調であっ
た。このMgO膜9上にYIG膜6會実施例1と同様の
方法で蒸着し、800Cに加熱した。YIG膜6の面方
位は〔100〕に配向したが結晶粒径は約2朋で小さく
しかも膜には割れが多く発生した。
しかしながら、YIG4i摸6を予め21+I+11角
の島状に加工しておくと、2−角の島内は単結晶化し、
しかも割れの発生は抑えられた。第5図にM、 g O
を中間層にYIG薄膜を形成した時の外観図を示す。
実施例3 溝を有する石英ガラス基板とYIG薄膜の間に岩塩型結
晶構造金もつフッ化リチウム(LiF)膜全形成した例
を示す。LiFの(100)面におけるフッ素原子の距
離は0.284nmである。実施例1と同様の方法で石
英ガラス基板に矩形状の溝を形成した。この基板vLi
p水溶液中に入れ水分全わずかに蒸発させることにより
、石英ガラス基板上にLiFの薄膜を形成した。膜厚は
2μmであった。LiF膜は熱処理を行うことなく、形
成時に〔100〕に配向していた。このLiF単結晶膜
の上に実施例1に示したのと同じ高周波スパッタ法によ
りYIG薄膜を蒸着した。非晶質YIG薄膜は750C
に熱処理することにより、結晶化した。結晶粒径は平均
3mであった。YIG薄膜の面方位は(100)よシ約
10°ずれてい・だが、各結晶粒内には小傾角粒界は発
生しなかった。
〔発明の効果〕
本発明によればガーネット結晶構造をもつ材料の増結晶
薄膜を石英ガラス等の非晶質基板上に育成することがで
きる。これにより、新しいエレクトロニクス素子の開発
が可能になるものである。
本発明の実施例では、基板材料に石英ガラスを使用した
が、他の材料の上にスパッタ蒸着、プラズマCVD法な
どにより形成した5I02膜であってもよいことは明ら
かである。まfc、811N4 等の材料であっても、
グラフオエピタキシーのだめの溝加工ができる基板であ
れば何であってもよい。
一方、ガーネット結晶は構成元素によって格子定数、す
なわち酸素原子間距離が変わるため、基板とガーネット
結晶薄膜の間に形成する中間層の材料はガーネットの種
類によって変える必要がある。
しかしながら、岩塩型およびスピネル型の結晶材料であ
ることに変わりはない。
【図面の簡単な説明】
第1図はガーネットの晶へき面(表面エネルギーの低い
面)を示す外観図、第2図はガーネットの(100)面
に平行な面における原子配列を示す図、第3図は第2図
の酸素原子全再配列した図、第4図はMgAt204’
に中間層とした本発明の方法で形成したガーネット単結
晶薄膜の構造図、第5図はMg0k中間層とした本発明
の方法で形成したガーネット単結晶薄膜の構造図である
。 1・・・(211)面、2・・・(1101面、3・・
・イツトリウム原子、4・・・鉄原子、5・・・酸素原
子、6・・・YIG膜、7・・・MgAt20<膜、8
・・・石英ガラス基爾 1 図 第 2 図 第 3 (2) 第 4 口 し 第 5 図 ≦

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 断面が矩型の微細な溝を表面に形成した基板上に、岩塩
    型もしくはスピネル型の結晶構造金もつ単結晶薄膜をグ
    ラフオエピタキシー法によって育成し、該単結晶薄膜上
    に結晶構造がガーネット型である酸化物単結晶薄膜を育
    成する、ガーネット型酸化物単結晶薄膜育成法。
JP58123227A 1983-07-08 1983-07-08 ガ−ネツト型酸化物単結晶薄膜育成法 Pending JPS6016889A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP58123227A JPS6016889A (ja) 1983-07-08 1983-07-08 ガ−ネツト型酸化物単結晶薄膜育成法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP58123227A JPS6016889A (ja) 1983-07-08 1983-07-08 ガ−ネツト型酸化物単結晶薄膜育成法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS6016889A true JPS6016889A (ja) 1985-01-28

Family

ID=14855345

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP58123227A Pending JPS6016889A (ja) 1983-07-08 1983-07-08 ガ−ネツト型酸化物単結晶薄膜育成法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS6016889A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5089592A (en) * 1988-06-09 1992-02-18 The Dow Chemical Company Biscyclobutarene monomer comprising two cyclobutarene moieties bridged by a divalent radical comprising at least one benzothiazole or benzimidazole linkage

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5089592A (en) * 1988-06-09 1992-02-18 The Dow Chemical Company Biscyclobutarene monomer comprising two cyclobutarene moieties bridged by a divalent radical comprising at least one benzothiazole or benzimidazole linkage

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Tuttle et al. Highly oriented, chemically prepared Pb (Zr, Ti) O3 thin films
Gao et al. Microstructure of PbTiO 3 thin films deposited on (001) MgO by MOCVD
US4624901A (en) Intermediary layers for epitaxial hexagonal ferrite films
Claassen et al. Epitaxial growth of niobium thin films
Yang et al. Study of microstructure in SrTiO3/Si by high-resolution transmission electron microscopy
JPH0354116A (ja) 複合酸化物超電導薄膜および作製方法
JPS6016889A (ja) ガ−ネツト型酸化物単結晶薄膜育成法
JPH04300292A (ja) 複合酸化物超電導薄膜の成膜方法
Wasa Sputter deposition technology as a materials engineering
Deschanvres et al. Growth of garnet thin films for magneto-optic memories by pyrosol CVD process
JP2716595B2 (ja) 酸化物超伝導体単結晶薄膜の形成用基板及びその製造方法
CN114525579B (zh) 一种单晶薄膜的制备方法以及单晶超导约瑟夫森结的制备方法
JPH0354454B2 (ja)
JP2721869B2 (ja) 希薄磁性半導体薄膜の製造方法
JP2636860B2 (ja) 光磁気記録用薄膜の製造方法
JPH0199268A (ja) 異方性酸化物超電導体薄膜の製造方法
JPS6065511A (ja) 磁性酸化物単結晶の製造方法
Yasuda Epitaxial Growth of Silicon Films on Sapphire and Spinel by Vacuum Evaporation
JPS60200887A (ja) 磁性薄膜の製造方法
Kingston et al. C− outgrowths in C+ thin films of LiNbO3 on Al2O3-c
JPH0337913A (ja) 酸化物超電導体薄膜材料
Lyonnet et al. Pulsed Laser Deposition of Zr 1-x CexO 2 and Ce 1-x La x O 2-x/2 for Buffer Layers and Insulating Barrier in Oxide Heterostructures
JPS63307197A (ja) 高温超伝導酸化物薄膜の製造方法
JPS63178408A (ja) 強誘電体薄膜の製造方法
JPH0193426A (ja) 強磁性化合物およびその薄膜製造方法