JPS6249969B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明はバブルドメイン素子用材料として有名
な磁性ガーネツト膜組成に関する。さらに詳しく
は微小バブル用材料として優れた温度特性と磁壁
移動速度を有する材料に関するものである。 従来３μｍ以上のバブル径を安定に保持できる
ような磁気バブルドメイン素子用材料として用い
られる磁性ガーネツト膜組成としては多くの種類
が知られている。例えば膜中にサマリウム
（Sm）を含む系として（Ｙ、Sm、Lu、Ca）₃
（Fe、Ge）₅O₁₂、（Ｙ、Sm、Tm、Ca）₃（Fe、
Ge）₅O₁₂（Ｙ、Sm、Lu）₃（Fe、Ga）₅O₁₂、（Ｙ、
Sm、Tm）₃（Fe、Ga）₅O₁₂などが知られている。
この他（Ｙ、Sm、Lu、Ca）₃（Fe、Ga、Ga）₅O₁₂
なども知られている。以上の例は一括してSm系
ガーネツトと呼ばれている。一方膜中にユーロピ
ウム（Eu）を含む系としては（Ｙ、Eu、Lu、
Ca）₃（Fe、Ge）₅O₁₂、（Ｙ、Eu、Tm、Ca）₃
（Fe、Ge）₅O₁₂、（Ｙ、Eu、Lu）₃（Fe、Ga）₅O₁₂、
（Ｙ、Eu、Tm）₃（Fe、Ga）₅O₁₂などが知られて
いる。このような例はEu系ガーネツトと呼ばれ
ている。ここで一般的にSm系ガーネツトとEu系
ガーネツトの特徴を比較してみる。Sm系ガーネ
ツトは一軸異方性エネルギーKuが大きくとれる
ので、クオリテイー因子（Ｑ因子）、すなわちＱ
≡Ｈｋ／４πＭｓ＝Ｋｕ／２πＭｓ^２（ここにHkは一軸
異方性磁 界、Kuは一軸異方性エネルギー密度定数、４π
Msは飽和磁化）が大きくとれるという長所があ
る。しかし動特性の観点からは磁壁モビリテイー
μ_wはEu系に比べると大きくはない。一方Eu系
ガーネツトはμｗは大きいが、Sm系ガーネツト
より一般にHcol温度係数が小さく、バイアス用
永久磁石との温度係数の整合性が比較的悪いとい
う欠点がある。このような長所あるいは短所はバ
ブル径が３μｍ以上と大きいときにはさほど重要
な問題とはならず、Eu系であれSm系であれ、必
要とするＱ因子、μ_wの値を十分に余裕をもつて
達成することができる。 しかしながら、バブル径が従来の３μｍ程度以
上から２μｍ、１μｍ、或いはそれ以下のいわゆ
るサブミクロンへと微小化されていくにつれて、
μ_w、Ｑ、４πMs、Hcol温度係数等に対する要請
を同時に満足させる材料の探索が次第に難しくな
つてきた。バブル径を小さくすることは、とりも
なおさず特性長ｌを小さくすることである。Ｑ値
を少くとも３程度確保しｌを0.3μｍ以下（バブ
ル径で約３μｍ以下）とするためにはKu、４π
Msとも増加させねばならない。Kuを増加させる
ためにはSmやEuのいずれかの磁性希土類イオン
量と同時にLuやTmなどのイオン半径の小さい希
土類イオン量を、格子定数を変化させぬようにバ
ランスをとりながら増加させていかねばならな
い。しかるにSmやEuを増加させることは膜のダ
ンピング定数αを大きくする。モビリテイμ_wは

【式】なる式で表わされるが、ここで αとKuの両者が大きくなることでμ_wは低下して
しまう。ここにγはジヤイロ磁気比である。特に
Smをガーネツト分子式当り0.6以上とするとμ_w
は400cm／sec／Oe以下となる。実用的な観点か
らμ_wは高いほど高周波駆動が可能となるので望
ましいことは言うまでもないがバブルを500kHz
で転送するためには少くとも400cm／sec／Oe以
上は必要である。一方SmやEu量が増加すること
に伴い、Luなどイオン半径の小さい希土類イオ
ン量も増加するが、このことは本来Fe³⁺位置で
あるガーネツトの16a位値にまでLuが置換されて
きて、Hcol温度係数を急峻にしてしまう。バイ
アス磁界供給用永久磁石としてバリウムフライト
を用いたとき、広い温度範囲、具体的には少くと
も０℃以上80℃以下でバブルメモリ素子として安
定動作を確保するためのひとつの必要条件として
Hcol温度係数が−0.20±0.05％／℃の範囲を満さ
ねばならないことがわかつている。 本発明は高速駆動可能で、実用に値する２μｍ
バブルもしくはそれ以下の微小バブルを用いるバ
ブルドメイン素子用磁性ガーネツト膜を提供する
ことを目的とする。即ち、実用化するに十分大き
なＱ因子を確保し、かつ十分大きな磁壁移動度を
有し、同時にバイアス磁界供給用磁石の温度係数
に近いHcol温度係数を有し、さらに適当な４π
Msの値を兼ね備えた特性を有する新材料を提供
することにある。 本発明は液相エピタキシヤル法で育成される磁
性ガーネツト膜材料として、膜中にサマリウムと
ユーロピウムが同時に含まれており、その組成が
（Ｒ、Sm、Eu、Ca）₃（Fe、Ge）₅O₁₂（Ｒ、Sm、
Eu、）_３（Fe、Ga）₅O₁₂または（Ｒ、Sm、Eu、
Ca）₃（Fe、Ge、Ga）₅O₁₂（但しＲはＹ、Lu、
Yb、Tmのうち少くとも１種以上の元素）なる化
学式であらわされることを特徴とするものであ
る。 本発明を詳細に説明すると、上記組成式を
（Ｒ、Ca）_3-x-ySm_xEu_y（Fe、Ge）₂O₁₂、Ｒ_3-x-y
Sm_xEu_y（Fe、Ga）₅O₁₂または（Ｒ、Ca）_3-x-y
Sm_xEu_y（Fe、Ge、Ga）₅O₁₂と表わした場合に、
SmとEuが共存していることで、従来のSmもし
くはEuどちらかの単独組成に比べてHcol温度係
数、モビリテイー、飽和速度などの特性に顕著な
改善効果があらわれるのはｘ≧0.15かつｙ≧0.15
のときであり、このとき微小バブルを保持し、か
つHcol温度係数と磁壁モビリテイーに対する要
請を同時にみたすことができるようになる。また
基板材料としてはGd₃Ga₅O₁₂を用いることがもつ
ぱら一般的であつて格子定数がマツチングできる
ようにするにはｘ＋ｙ≦1.5であることが望まし
い。 以下本発明を実施例をもつて詳細に説明する。 実施例 １ Y₂O₃0.026モル％、Sm₂O₃0.050モル％、
Eu₂O₃0.059モル％、Tm₂O₃0.324モル％、
CaCO₃0.656モル％、Fe₂O₃11.466モル％、
GeO₂4.413モル％、PbO78.006モル％、B₂O₃5.000
モル％、から成る合計325グラムの粉末を秤量し
白金るつぼ内に溶融させた。この融液を用いて液
相エピタキシヤル技術によつて直径23mmの
Gd₃Ga₅O₁₂基板に磁性ガーネツト膜を成長させ
た。この膜のノミナル組成は融液中の成分元素含
有量からＹ₀.₁₄
Sm₀.₂₆Eu₀.₂₉Tm₁.₆₄Ca₀.₆₇Fe₄.₃₃Ge₀.₆₇O₁₂とみな
せる（但しCa、Ge量は成長温度に依存して変化
する）。融液の飽和温度Tsは951℃であつた。成
長温度Tgを942℃とし、３分45秒間成長させ、膜
厚2.1μｍのエピタキシヤル膜を得た。この膜の
特性長ｌは0.20μｍ、４πMsは518ガウス、一軸
異方性磁界Hkは2100Oe、Ｑ因子は4.1であつた。
ハードバブル発生を抑制するためこのエピタキシ
ヤル膜に接してその上面に気相成長法により
Y₃Fe₅O₁₂膜を800Å成長させた膜でのバブル消滅
磁界Hcolは室温（25℃）で336Oeであつた。−20
℃から110℃の温度範囲でHcolの温度変化を測定
したところ30℃での値で規格化したHcol温度係
数は−0.16％／℃であることが求まつた。またバ
ブルトランスポート法により磁壁モビリテイーを
測定したところ450cm／sec／Oeであつた。500k
Hz以上の高周波での高速駆動が可能でかつHcol
温度係数がバイアス用永久磁石の残留磁化の温度
係数と±0.05％／℃以内で一致して、広い温度範
囲で使用できる材料という実用上の観点から、μ
_wの値としては400cm／sec／Oe以上、Hcol温度係
数の値は−0.20±0.05％／℃の範囲内の値でなけ
ればならないという要請がある。本実施例でのべ
た（Ｙ、Sm、Eu、Tm、Ca）₃（Fe、Ge）₅O₁₂
は、μ_w、Hcol温度係数いずれの要請も満足して
おり、微小バブル用ガーネツト膜材料として有用
であることが見出された。 比較例 １ 実施例１によく似た組成であるがEuを含ま
ず、かつ実施例１と同じ特性長ｌとＱ因子をもつ
材料としてＹ₀.₂₁
Sm₀.₅₂Tm₁.₆₀Ca₀.₆₇Fe₄.₃₃Ge₀.₆₇O₁₂ガーネツト膜
を（111）Gd₃Ga₅O₁₂基板上に成長させた。即ち
ｈ＝2.10μｍ、ｌ＝0.20μｍ、４πMs＝570ガウ
ス、Hk＝2300OeQ因子4.1の膜にハードバブル抑
制用Y₃Fe₅O₁₂膜を800Å成長させた。この膜の
Hcolは308Oeであつて、−20℃から110℃までの温
度範囲でHcolの温度変化を測定し、30℃値で規
格化したHcolの温度係数は−0.19％／℃であつ
た。この値は上述の要求をみたしてはいたが、一
方、磁壁モビリテイーは350cm／sec／Oeであ
り、μ_w≧400cm／sec／Oeという要求を満してい
ない。これに対し実施例１は比較例１と同じｌと
Ｑ値を保ちながらSmの一部をEuで置換しまた格
子定数がGd₃Ga₅O₁₂基板にマツチするように全体
の組成を調整した新しい組成であり、実施例１は
比較例１で達成できなかつた高いモビリテイーを
有する材料を提供するものである。 比較例 ２ 実施例１によく似た組成であるがSmを含ま
ず、かつ実施例１と同じ特性長ｌを有する材料と
してFu₀.₅₈Tm₁.₇₅Ca₀.₆₇Fe₄.₃₃Ge₀.₆₇O₁₂ガーネツ
ト膜を（111）Gd₃Ga₅O₁₂基板上に成長させた。
ｈ＝2.16μｍ、ｌ＝0.20μｍ、４πMs＝520G、
Hk＝1550Oe、Ｑ＝3.0の膜にハードバブル抑制用
Y₃Fe₅O₁₂膜を720Å成長させた。この膜のHcolは
333Oeであつて、30℃値で規格化したHcol温度係
数は−0.13％／℃であつた。この値は−0.20±の
0.05％／℃の要求をみたしていない。磁壁モビリ
テイーは760cm／sec／Oeと大きく、μ_w≧400
cm／sec／Oeの要求をみたしている。またこの比
較例のような（Eu、Tm、Ca）₃（Fe、Ge）₅O₁₂系
はｌ＝0.20μ_wのときＱ＝3.0と小さい。これに対
し実施例１はｌ＝0.20μｍに対しＱ＝4.1と大き
くできると同時にHcol温度係数及びモビリテイ
ー値に対する実用上の要請も満しうる新しい材料
である。 実施例 ２ Y₂O₃0.091モル％、Sm₂O₃0.046モル％、
Eu₂O₃0.080モル％、Lu₂O₃0.242モル％、
CaCO₃0.679モル％、Fe₂O₃11.452モル％、
GeO₂4.561モル％、PbO77.859モル％、B₂O₃4.990
モル％から成る合計327グラムの粉末を秤量し白
金るつぼ内に溶融させた。この融液を用いて液相
エピタキシヤル技術によつて直径23mmの
Gd₃Ga₅O₁₂基板に磁性ガーネツト膜（上記の融液
中の成分元素含有量から、膜のノミナル組成はＹ
₀.₄₆Sm₀.₂₃Eu₀.₃₈Lu₁.₁₆Ca₀.₇₇Fe₄.₂₃Ga₀.₇₇O₁₂とみ
なせる）を成長させた。融液のTsは940℃であつ
た。Tgを927℃として２分40秒間成長させ膜厚
2.0μｍのエピタキシヤル膜を得た。この膜の特
性長ｌは0.19μｍ、４πMsは530ガウス一軸異方
性磁界Hkは2100Oe、Ｑ因子は3.9であつた。ハー
ドバブル発生を抑制するためこのエピタキシヤル
膜に接してその上面に気相成長法により
Y₃Fe₅O₁₂膜を850Å成長させた膜でのHcolは
332Oeであつた。−20℃から110℃までの温度範囲
でHcolの温度変化を測定した。30℃での値で規
格化したHcol温度係数は−0.24％／℃であつた。
またバブルトランスポート法により磁壁モビリテ
イーを測定したところ520cm／sec／Oeであつ
た。本実施例で述べた（Ｙ、Sm、Eu、Ca）₃
（Fe、Ge）₅O₁₂はμ_w、Hcol温度係数のいずれにつ
いても実用上の要請を満足しており、微小バブル
用ガーネツト膜材料として有用であることが見出
された。 比較例 ３ 実施例２とよく似た組成であるが、Euを含ま
ないＹ₀.₅₀Sm₀.₅₆Lu₁.₁₈Ca₀.₇₆Fe₄.₃₄Ge₀.₇₆O₁₂ガー
ネツト膜を（111）Gd₃Ga₅O₁₂基板上に成長させ
たところ、ｈ＝2.0μｍ、ｌ＝0.19μｍ、４πMs
＝524G、Hk＝2040Oe、Ｑ＝3.9であつた。この
膜に880ÅのY₃Fe₅O₁₂膜を成長させたところ、
Hcolは342Oeであつて、Hcol温度係数は−0.25
％／℃、磁壁モビリテイーは520cm／sec／Oeで
あつた。実施例２に比べ同じｌ、Ｑ値を有してい
るもののモビリテイーは高速駆動の要請をみたし
ていない。実施例２はSmの一部をEuで置換し、
また格子定数がGd₃Ga₅O₁₂にマツチするように全
体の組成を調整した新しい組成を示しており、比
較例３では達成できなかつた高いモビリテイーを
有する材料を提供している。 実施例 ３ Sm₂O₃0.086モル％、Eu₂O₃0.122モル％、
Tm₂O₃0.228モル％、Lu₂O₃0.203モル％、
Ga₂O₃0.707モル％、Fe₂O₃8.954モル％、
PbO84.551モル％、B₂O₃5.420モル％から成る合
計326グラムの粉末を拝量し、白金るつぼ内で溶
融させた。この融液を用いて液相エピタキシヤル
技術によつて直径23mmのGd₃Ga₅O₁₂基板上に磁性
ガーネツト膜（膜のノミナル組成は
Sm₀.₄₁Eu₀.₅₆Tm₁.₀₉Lu₀.₉₄Fe₄.₂₅Ga₀.₇₅O₁₂）を成長
させた。融液のTsは936℃であつた。Tg＝905℃
にて１分25秒間成長させ膜厚1.6μｍのエピタキ
シヤル膜を得た。この膜のｌは0.16μｍ、４π
Msは680ガウス、Hkは3300OeQ因子は4.8であつ
た。ハードバブル発生を抑制するため、このエピ
タキシヤル膜の上面に気相成長法により
Y₃Fe₅O₁₂膜を800Å成長させた膜でのHcolは
395Oeであつて、−20℃から110℃までの温度範囲
でHcolの温度変化を測定した。30℃での値で規
格化したHcol温度係数は−0.20％／℃であつた。
またバブルトランスポート法により磁壁モビリテ
イーを測定したところ430cm／sec／Oeであつ
た。このようにこの膜についてもμ_w≧400cm／
sec／Oeで、かつHcol温度係数が−0.20±0.05
％／℃を満しており、本実施例の（Sm、Eu、
Lu）₃（Fe、Ga）₅O₁₂は微小バブル用ガーネツト膜
として有用であることが見出された。 実施例 ４ Y₂O₃0.048モル％、Sm₂O₃0.055モル％、
Eu₂O₃0.072モル％、Yb₂O₃0.308モル％、
CaCO₃0.707モル％、Fe₂O³12.060モル％、
GeO₂4.750モル％、PbO77.060モル％、B₂O₃4.940
モル％から成る合計327グラムの粉末を秤量し、
白金るつぼ内で溶融させた。この融液を用いて液
相エピタキシヤル技術によつて直径23mmの
Gd₃Ga₅O₁₂基板上に磁性ガーネツド膜（膜のノミ
ナル組成はＹ₀.₂₃
Sm₀.₂₆Eu₀.₃₄Yb₁.₄₆Ca₀.₇₁Fe₄.₂₉Ge₀.₇₁O₁₂）を成長
させたところｈ＝2.0μｍ、ｌ＝0.20μｍ、４π
Ms＝542ガウス、Hk＝1900Oe、Ｑ因子＝3.5の膜
が得られた。その上にハードバブル抑制用
Y₃Fe₅O₁₂膜を800Å成長させた膜のHcolは332Oe
であつて、−20℃から110℃までの温度範囲で
Hcol温度変化を測定したところ、30℃値で規格
化したHcol温度係数は−0.21％／℃であつた。ま
たバブルトランスポート法により磁壁モビリテイ
ーを測定したところ630cm／sec／Oeであつた。
このように本実施例（Ｙ、Sm、Eu、Yb、Ca）₃
（Fe、Ge）₅O₁₂の膜についても実用上の要請であ
るμ_w≧400cm／sec／OeかつHcol温度係数−0.20
±0.05％／℃を満足している。 実施例 ５ Y₂O₃0.175モル％、Sm₂O₃0.040モル％、
Eu₂O₃0.059モル％、Tm₂O₃0.229モル％、
CaCO₃0.328モル％、Fe₂O₃9.544モル％、
GeO₂2.206モル％、Ga₂O₃0.371モル％、
PbO81.804モル％、B₂O₃5.244モル％から成る合
計318グラムの粉末を秤量し、白金るつぼで溶融
させた。この融液を用いて液相エピタキシヤル技
術によつて直径23mmのGd₃Ga₅O₁₂基板上に磁性ガ
ーネツト膜（膜のノミナル組成はＹ₀.₉₆
Sm₀.₂₁Eu₀.₃₀Tm₁.₂₀Ca₀.₃₃Ge₀.₃₃Ga₀.₄₅Fe₃.₉₉O₁₂）
を成長させた。ｈ＝2.0μｍ、ｌ＝0.20μｍ、４
πMs＝510ガウス、Hk＝1990Oe、Ｑ因子＝3.9の
膜にハードバブル抑制用Y₃Fe₅O₁₂膜を800Å成長
させた。この膜のHcolは315Oeであつて、−20℃
から110℃までの温度範位でHcol温度変化を測定
し、30℃値で規格した温度係数−0.23％／℃を得
た。バブルトランスポート法により磁壁モビリテ
イーを測定したところ480cm／sec／Oeであつ
た。本実施例の（Ｙ、Sm、Eu、Tm、Ca）₃
（Fe、Ge、Ga）₅O₁₂膜についても実用上の要請で
あるμ_w≧400cm／sec／OeかつHcol温度係数−
0.20±0.05％／℃を満足している。 以上述べたごとく、膜中にSmとEuが同時に含
まれるCaGe置換型ガーネツトもしくはSmとEu
が同時に含まれるGa置換型ガーネツトもしくは
SmとEuが同時に含まれるCaGeGa置換型ガーネ
ツトは、微小バブルを保持し、かつＱ値を十分大
きくできしかも実用的な観点からのμ_wHcol温度
係数の要請を同時にみたすことができる新しい材
料である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ （Ｒ，Ca）_3-x-ySm_xEu_y（Fe，Ge）₅O₁₂，Ｒ_{3
   −ｘ−ｙ}Sm_xEu_y（Fe，Ga）₅O₁₂または（Ｒ，Ca）_{3-x-
   ｙ}Sm_xEu_y（Fe，Ge，Ga）₅O₁₂なる化学式（但しＲ
   はＹ，Lu，Yb，Tmのうち少くとも１種以上の
   元素である）であらわされる磁性ガーネツト膜に
   おいて、ｘ≧0.15かつｙ≧0.15であり、またｘ＋
   ｙ≦1.5であることを特徴とするバブルドメイン
   素子用磁性ガーネツト膜。