JPS6139510A - 磁気バブル素子用ガ−ネツト単結晶薄膜 - Google Patents

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】 （産業上の利用分野） 本発明は円筒磁区を磁気記憶媒体とする磁気バブルメモ
リ素子として用いる磁性ガーネット単結晶薄膜に関する
ものである。

（従来の技術） 高密度磁気バブルメモリ素子用単結晶薄膜として必要な
条件としては次の条件（イ）−に）が挙げられる。

（イ）バブル径が小さい、（ロ）磁壁の移動速度が早い
、Ｃうｑｕａｌｉｔｙ　ｆａｃｔｏｒ（ｑ）−Ｈｋ／４
πＭ、が大である。に）磁気的性質の温度特性が安定で
ある。

磁気バブルメモリ素子用単結晶嗣膜として最初に報告さ
れたのは希土類オルソフェライトであったが、これは特
に←）の条件を満たさなかったため、混合希土類ガーネ
ットが希土類オルソフェライトに代りて用いられるよう
になった。

上述のに）の条件については、バイアス磁界を印加する
永久磁石の残留磁化の温度依存性が磁性ガーネットのコ
ラプス磁界の温度依存性と同様に温度上昇とともに低下
していることが前提となってシシ、これらの温度依存性
を精密に一致させるために、バイアス磁石として用いら
れるＢ’ａあるいはＳｒフェライトと磁性ガーネット結
晶膜の温度係数を一致させるために後者の組成を調節す
ることが米国特許第４，００２，８０３号明細書によシ
公知である。

このように両者の飽度係数を一致させている理由は広い
温度範囲に亘って磁気バブルメモリ素子の動作領域を確
保するためである。この米国特許の組成は、一般式；　
Ｒ５−＆　（Ｃａ　ｒ　Ｓ　ｒ　）　ａＧｅ　、Ｆｅ　
５−　ａｏ　１２で表わされる。

さらに、上記に）の条件についてハ、米国特許第４．３
３８，３７２号明細書のように、バブルコラプス磁界の
温度係数を極めて小さく、実質的ゼロにすることによっ
て対処する提案も知られている。この特許の磁気バブル
結晶膜の組成は、一般式：％式％ Ｇｄ−１有にその特徴がある。また、この特許によると
０．７〜約３ミクロンのバブル径が得られている゛。

上記（ロ）の条件をすぐれたものとするために、（１１
０）面ガーネット基板上に磁気バブル結晶層を成長させ
ることが米国特許第４．１６９．１８’９号明細書よシ
公知である。しかしながら、（１１０）面差板を用いる
と、（ロ）以外の条件は劣化するために、現在のほとん
どの磁気バブル素子では（１１０）面差板は用いられて
いす、通常の基板は（１１１）面方位となっている。

１チツプ（面積１　ｃｍ　Ｘ　１　ｃｍ　）当り　２５
６Ｋ　ｂｓｔの記憶容量をもつ磁気バブルメモリ素子の
磁性ガーネット結晶として、Ｙｌ、４７　ＳｍＬｌ、２
８　ＬｕＬ５５　Ｃα（３９０Ｇ＠α９０Ｆ６４．１０
０１２ガーネツト結晶が知られている。

このガーネット結晶の特徴は、Ｙ３Ｆｅ５Ｏ１２（ＹＩ
Ｇ）のＹおよびＦｅをそれぞれＳｍ＋ＬｕおよびＣａ。

Ｇ・によ多置換したことによシ、上記条件（イ）を満た
して約３ミクロンのバブル径を実現したところにある。

しかしながら、近年開発されつつある１Ｍビットの磁気
記録素子では、バブル径が１ミクロン以下の磁性ガーネ
ット結晶を磁性膜とする必要があシ、条件０）がますま
す高度になっている。

特公昭５６−３５２８５号公報によると、ガーネッ）　
Ｙ５Ｆｅ５Ｏ１２（ＹＩＧ）のＹをＳ　ｍ　ｒ　Ｌｕに
よシ、またＦｅをＣａ　、Ｇ・によシ次式の如く置換し
たバブル径１ミクロン以下の磁性単結晶薄膜が公知であ
る。ここでＣａはＧｅの電イＷ）整合のために添加する
。

Ｙｓ　−ｙ−’４ｚＳｍｚＬｕ＋ｘ　ＣａｙＧｅｙＦｅ
５−ｙ０１２但し、ｘおよびｙは０．１５≦ｘ≦０．４
　、０．５≦ｙ≦０．８５の範囲にある。

これらの範囲に相当する各成分のモル数は次のとおシで
ある：１．１９≦Ｙ≦２．１４　、０．１５≦ａｍ≦０
．４゜０．２１≦Ｌｕ≦０．５６　、０．５≦Ｃａ＊Ｇ
ｅ≦０．８５　、４．１５≦Ｆｅ≦４．５　。

この公知技術においては、Ｆ・のＣａおよびＧ・１によ
る置換によシ、（ａ）ガーネット結晶のキュリ一温度の
低下を緩和し、（ｂ）４πＭｌｌを調整して所定のバブ
ル径を得、ＹのＳｍおよびＬｕによる置換によシ、（ｃ
）異方性定数が大であるＳｍによ、９ｑ（ｑｕａｌｉｔ
ｙｆａｃｔｏｒ）を犬にする、（ｄ）ダンピング定数が
小さい（結晶中のスピン反転定数が小さい）　ＳｍとＬ
ｕの組合せによりバブルの易動度を大きくする、（ｅ）
ＧＧＧ（Ｇｄ　３ｑａ　５Ｏ１２　）基板とバブル結晶
の格子定数を合わせることが、発明の目的達成手段の説
明として記載されている。さらに、上記一般式において
、ｘ＜０．１５ではバブルが不安定になシ、ｘ）０．４
０では磁壁の移動度が小さくなる。ｙ＜ｏ、ｓｏではｑ
がキロ。１前後となってバブルが不安定になり、ｙ〉０
．８５では４πＭ、が小さくなシバプル径が３μｍ程度
となって射ましくｋいとされている。この特公昭５６−
３５２８５号の磁気パズル結晶は、特に上記条件（イ）
、（ロ）の改良を意図したものであるが、その他の特性
が十分に良好ではない。特に、結晶の飽和磁化４πＭ６
および異方性磁界が低いために、安定した高密度記録媒
体がその結晶によっては作製されない。

（発明が解決しようとする問題点） 従来の磁気バブルメモリ素子としては１チツプ（約１の
り当シＩＭビットまでの記憶容量を持つものが作られて
おシ、そのガーネット単結晶としては： Ｒ３−ａ（Ｃ”＊Ｓ’）ＢＧｅＩＦｅ５−ａｏｌＬ（Ｙ
ＳｍＬｕＣａ）３−ｘＧｄｘ（Ｆｅ　５−、Ｇａｙ）０
１２　。

Ｙｌ、４７ｓｍ（Ｌ２８Ｌｕ０．３５Ｏａ０．９０Ｇ６
０．９０Ｆ”４．１００１２１Ｙ１．９１−２．１４Ｓ
ｍ（Ｌ１５−０．４ＬｕＯ，２１−０，５６Ｃａｕ５−
０．８５Ｇｅ（１５−０，８５Ｆ６４．１５−４．５Ｏ
１２などが知られているが、これらを４Ｍビット以上の
記憶容量をもつ磁気バブルメモリ素子に適用すると総合
特性の面で不満足な結果になる。従って、本発明は、記
憶容量をさらに太きくした１チップ（約１ｃｒｎり当、
９４Ｍビットの磁気バブルメモリ素子に用いる磁性ガー
ネット単結晶薄膜を提供するために、新規な（Ｙ、Ｓｍ
、Ｌｕ、Ｃａ）３（ＦｅＧｅ）５Ｏ１２結晶組成を提供
することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 以下余白 本発明は、Ｙ−Ｃａ−Ｇｅ系Ｉ−ネットにおいて、一般
式”　（Ｙ／−ａ（３−ｚ）””％（３−ｚ）”ｒ＊ａ
（３−ｚ）”ｚ−）３（Ｆ　＠５−ｚ　Ｇｅ　ｚ　）　
５°１２　テ表ワサレ、組成ｆｉ（ｚ　オヨＵ　！ｌｌ
成比α、β、γがそれぞれ ０．６６≦２≦０．７３，０．２０８≦α≦０．２４６
１．１０≦β≦１．５１．　２．０≦γ≦２．５の範囲
にあることを特徴とする磁気バブル素子用ガーネット単
結晶薄膜を提供するものである。

（作　用） 先ず、１チツチ（約１ｃｒｎ）当、９４Ｍビットの記憶
容量を持つ磁気バブルメモリ素子に用いる磁性ガーネッ
ト単結晶薄膜（（ＹＳｍＬｕＣａ）、（ＦｅＧｅ）５Ｏ
，２）は〜デバイスの設計値に従い、磁区幅（ＳＷ）’
が１．１〜１．４＃１であることが必要である。

上述の磁区幅（ＳＷ）を得るためには、飽和磁化（４ｓ
Ｍ、）が５４０〜６４０ガウスが必要である。

さらに、−軸異方性磁界（Ｈ２）が飽和磁化４πＭｌｌ
に対して大であるほど磁気バブルは安定に存在すること
は従来よシ知られている。本発明においては上述のよう
に゛飽和磁化４πＭ、を従来のものより著しく大きくし
たために、これに伴なって一軸異方性磁界（Ｈｋ）も２
２０００＠以上と著しく大きくした。

但し、−軸異方性磁界（Ｈｌｃ　）が２８０００ｓを越
えると磁壁の易動度が低下するので、２８０００＠を上
限とした。ここで、−軸異方性磁界（Ｈｋ）とｘ／（ｖ
＋ｘ＋ｙ）との間には第１図に示す関係がある。

なお、Ｗ　＠　Ｘ　＋　ｙはそれぞれＹ　＃　Ｓｍ　ｅ
　Ｌｕのモル数である。これからＨｋ＝２２００〜２８
０００ｅは　。

０．２０８≦ｘ　／　（ｗ＋ｘ＋ｙ　）≦０．２４６の
範囲で得られることか判る。

さらに、磁性ガーネット結晶膜の一軸異方性磁界（Ｈ）
より反磁界（４ｓＭ、）を差引いた磁界（Ｈｋ＊）、　
　が有効な異方性磁界であシ、Ｈｋ＊が小さいと磁気バ
ブル素子の誤動作が招かれる。よって、本発明ではＨｋ
′（Ｉ−高くとることによって、反磁界の影響による素
子のｆＡｖＪ作を少なくして吟る。

一般に、（ＹＳｍＬｕ）、（ＣａＧ＠Ｆａ）５Ｏ．２ガ
ーネツト結晶において、ＧｅによるＦａの置換置増大（
減少）とともに飽和磁化４πＭａが低下（増加）するこ
とは公知であり、前述の特公昭５６−３５２８５号では
飽和磁化４πＭ８が約５Ｏ０Ｇ以下になるように置換量
が定められている。これに対して、本発明は、同等の置
換量で５４０〜６４０Ｇの４πＭｓを達成するように全
体の組成を定めた点に特徴がある。

飽和磁化４πＭ８と（ＹＳｍＬｕ）３−、Ｃａ、（Ｆｅ
５−、　）０．２の２との間には第２図に示す関係がめ
る。（Ｓ、［、。

Ｂｌａｎｋ　ｅｔ、ａｌ＊Ｊ、Ｅ１ｅｃｔｒｏｃｌ＋ａ
ｍ、Ｓｏｃ、１２３＊８５６（１９７６））。これから
本発明において要求される些 ４ｓＭ８を得るための範囲は０．６６≦２≦０．７３と
なる。

さらに、また本発明においては、バブル消減磁界の温度
係数 が−０，２１〜−〇、２５％／℃である。このΔＨ（３
８℃）＝−０，２１〜０．２５　％／℃は２．０≦ｙ／
ｘ≦２．５で冥現される。但し、ＸはＳｍ　、　ｙはＬ
ｕのモル数である。

上述のΔＨ１Ｆ、＋Ｊ整法は、本出願人の特願昭５６−
〇 １５４７７号（特開昭５７−１２８９１１号）に記載さ
れているように、ΔＨｉバイアス磁石（）Ｏ エライト磁石）の残留磁化の温度係数より０．０１〜０
．０４　％／℃大きくすることによって、磁気バブル素
子の作動温度を拡大する方法である。但し、この特許出
願では（ＹＳｍＬｕＣａ　）６（ＦｅＬｕＧｅ　）　５
Ｏ．２結晶のＬｕ／Ｓｍモル比＝２〜比圧２〜３磁区幅
（Ｓ　）約２μｍ　（飽和磁化４π〜■８が約４５Ｏガ
ウス）の例があり、本発明のものよりＳＷが大きく（４
πＭＩｌが低く）なっている。これに対して、本発明は
ＳＷが１．１〜１．４μＩｎの結晶で作動温度幅拡大を
達成しうるものである。

さらに、本発明はＬＰＥ育成の安定性よυ膜成長速度（
Ｖ　）を０．４〜１．１μｍ　／ｍ　ｉ　ｎとしている
。ｖ。

とｗ／　ｘの間には第３図に示す関係がある。従ってＶ
　＝　０．４〜１．１　μｍ／ｉｎｉ　ｎを満足するの
は１．１０≦ｖ／ｘ≦１．５１となる。Ｓｍの組成址を
ａとすればｘ／　（ｗ＋ｘ＋ｙ　）＝ａ／（３−ｚ　）
となる。

上述のパラメータにおいて、ａ／（３−ｚ　）＝（ｆ　
。

ｗ／ｘ　＝β、ｙ／ｘ＝γ　と換言すれば、（Ｙ／−ａ
　（Ｓ−ｚ　）”ｍａ　（Ｓ−ｚ　）”ｕｒ　（３−ｚ
　）　’Ｓ　（Ｆ＠５−１Ｇｅｚ）！０１２０．６６≦
２≦０．７３ ０．２０８≦α≦０．２４６ １．１０≦β≦１．５１ ２．０≦γ≦２，５ の範囲の組成をもつ磁性ガーネット単結晶薄膜が１チツ
プ（約１ｃｍ）ｄシ４Ｍビットの記憶容量の記憶媒体と
して用いるのに最適である〇（実施例） 以下実施例により本発明をさらに説明する。結晶薄膜は
ＬＰＥ法によりＧｄ５Ｇａ５Ｏ，２（１１１）基板上に
育成する。その溶液の原料組成を第１表に示す・　　　
　　　　　　　　　　　　　　　−以下余白育成した結
晶の組成は Ａ：Ｙ（Ｌ８５Ｓ”（Ｌ４１３”（Ｌ５ｊ５”（１７２
Ｆｅ４．２Ｂ”（Ｌ７２０１２”ＹｃＬ５Ｂ””ＩＩＬ
５Ｏ”１．２６””ｌ１６１ｈＦｅ４．５４Ｇｅａ、６
６０，２であフ、この薄膜の緒特性を第２表に示す。

以下余白 注”　Ａ：ＹｃＬ８５”””１４８Ｌｕｎ９ｓＣａＣＬ
７２”４．２８”１７２０１２Ｂ”　Ｙ１８５ｓ”（Ｌ
５Ｇ”ｕＬ２６”（Ｌ６６”４．５４”（Ｌ６６０１２
Δ１＝＆ａ−ａｆ ａ、　：　Ｇｄ、Ｇａ５Ｏ，２基板の格子定数ａ、：磁
性ガーネット結晶の格子定数 以下余Ｂ なお、２５６ｋｂｉｔ　　磁気バブル集子用ｊ−ネット
単結晶薄膜として使用されている Ｙｌ、４７ＳｍｃＬ２８ＬｕＩ１５５Ｃａ［Ｌ９０Ｇｌ
！ＩＩＬ９０Ｆ＠４．１００１２の特性を次表に示す。

第３表 （発明の効果） 本発明によれば１．１〜１．４μｍの磁区幅（ＳＷ）と
安定した磁性をもつガーネット単結晶薄膜ができるので
、これを１チツプ（約１ｃｒｎ）当り４Ｍビットの記憶
容量のバブルメモリ素子の記憶媒体として使用すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は（ＹＳｍＬｕＣａ）、（Ｆ＊Ｇａ　）５Ｏ．２
のＨｋとｘ／（ｗ＋ｘ＋ｙ）との関係を示すグラフ、−
ｉ＠２図はＹ−Ｃａ−Ｇｏ系ガーネット結晶のＧｏ組成
量（Ｚ）と４πＭ、との関係を示すグラフ、第３図は（
ＹＳｍＬｕＣａ　）　ｓ　（Ｆ　ｅＧｅ　）　ｓｏ　１
２のｖｇとＶｘ゛との関係を示すグラフである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｙ−Ｃａ−Ｇｅ系ガーネットにおいて一般式：（Ｙ＿β
   ＿・＿α＿（＿３＿−＿ｚ＿）Ｓｍ＿α＿（＿３＿−＿
   ｚ＿）Ｌｕ＿γ＿・＿α＿（＿３＿−＿ｚ＿）Ｃａ＿ｚ
   ｝＿３（Ｆｅ＿５＿−＿ｚＧｅ＿ｚ）＿５Ｏ＿１＿２で
   表わされ、組成量ｚおよび組成比α、β、γがそれぞれ ０．６６≦ｚ≦０．７３　０．２０８≦α≦０．２４６
   　１．１０≦β≦１．５１　２．０≦γ≦２．５の範囲
   にあることを特徴とする磁気バブル素子用ガーネット単
   結晶薄膜。