JPH0354443B2 - - Google Patents

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JPH0354443B2
JPH0354443B2 JP6027884A JP6027884A JPH0354443B2 JP H0354443 B2 JPH0354443 B2 JP H0354443B2 JP 6027884 A JP6027884 A JP 6027884A JP 6027884 A JP6027884 A JP 6027884A JP H0354443 B2 JPH0354443 B2 JP H0354443B2
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  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Thin Magnetic Films (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、磁気メモリーや光磁気メモリーとし
て用いて好適なガーネツト薄膜素子及びその製造
方法に関する。
近年、希土類鉄ガーネツトR3(Fe,M)5O12
(R:希土類元素、M:Al3+、Ga3+、Sc3+
Tl3+、(Co2++Ti4+)など)のRの一部をBiで置
換した鉄ガーネツトR3-xBix(Fe,M)5O12が注目
されている。このBi置換希土類鉄ガーネツトは、
Rの一部をBiで置換することにより、吸収係数
αをあまり大きくすることなくフアラデー回転角
θFを大きくすることができるという性質を有し、
光熱磁気記録材料として一般に優れたものであ
る。
このような性質を有するBi置換希土類鉄ガー
ネツトの光熱磁気記録材料としての性能を高める
ためには、Bi置換量xを大きくしてフアラデー
回転角θFを大きくすればよいが、従来の液相エピ
タキシヤル法等の製造方法ではBi置換量xが大
きいBi置換希土類鉄ガーネツト薄膜を製造する
ことは困難であつた。
本発明者等は、特願昭58−216750号において、
固溶限界(十二面体位置の50%)までBiが固溶
している高濃度Bi置換希土類鉄ガーネツト単結
晶薄膜をスパツタリング法によりGGG基板上に
エピタキシヤル成長させることのできる磁性薄膜
の製造方法を提案した。しかし、この製造方法
は、用いることのできる基板がGGG基板に限定
されてしまう点で不利であるため、例えばガラス
基板等の非晶質基板上に高濃度Bi置換希土類鉄
ガーネツト薄膜を形成することのできる製造方法
が望まれていた。
このような要求は上記以外の希土類鉄ガーネツ
ト薄膜についても従来からあり、種々の試みがな
されている。しかしながら、現在までに得られて
いる薄膜はその面と平行な方向に磁化が存在する
多結晶の面内磁化膜であり、磁気記録及び光熱磁
気記録材料として好ましい垂直磁化膜は未だ得ら
れていない。また特にBi置換希土類鉄ガーネツ
ト垂直磁化膜を非晶質基板上に形成する試みは全
くなされていないのが現状である。
本発明は、上述の問題にかんがみ、垂直磁化特
性が極めて良好なガーネツト薄膜で構成されるガ
ーネツト薄膜素子及びその製造方法を提供するこ
とを目的とする。
即ち、本発明に係るガーネツト薄膜素子は、所
定の基板上に設けられている(111)配向Ba1-x-y
SrxCayF2膜(但し0≦x+y<1)と、この
Ba1-x-ySrxCayF2膜上に設けられているガーネツ
ト薄膜とをそれぞれ具備している。このように構
成することによつて、垂直磁化特性を極めて良好
にすることができる。
また本発明に係るガーネツト薄膜素子の製造方
法は、所定の基板上にBa1-x-ySrxCayF2膜(但し
0≦x+y<1)を(111)面方位に方位成長さ
せ、次いで上記Ba1-x-ySrxCayF2膜上にガーネツ
ト薄膜を方位成長させるようにしている。このよ
うにすることによつて、垂直磁化特性が極めて良
好なガーネツト薄膜素子を製造することができ、
また基板の材質を種々に選ぶことができるため製
造上極めて好都合である。
以下本発明に係るガーネツト薄膜素子及びその
製造方法の一実施例につき図面を参照しながら説
明する。なお本実施例においては、ガーネツト薄
膜として(Y、Bi)3(Fe、Al)5O12で表されるBi
置換希土類鉄ガーネツト薄膜を用い、Ba1-x-ySrx
CayF2膜としてBaF2膜を用い、また基板として
石英ガラス基板を用いた。なおこの(Y、Bi)3
(Fe、Al)5O12は、イツトリウム鉄ガーネツト
Y3Fe5O12(YIG)において、Yの一部をBiで置換
すると共にFeの一部をAlで置換したものであり、
前者は吸収係数αをあまり増大することなくフア
ラデー回転角θFを高め、後者は吸収係数αを減少
させると共に飽和磁化を小さくして垂直磁化膜を
得られやすくし、またキユリー温度も下げること
が知られている。
まず第1A図に示すように、真空蒸着装置の試
料台1の上に石英ガラス基板2を載置すると共
に、加熱源を構成するフイラメント3の中空部分
に蒸着物質としてBaF24を挿入する。次に真空
蒸着装置内を所定の真空度、例えば10-4Pa程度
の真空度に排気した後、フイラメント3によつて
BaF24を所定温度に加熱する。これにより、
BaF24を構成するBa、F、BaF2の原子及び分
子が蒸発して、試料台1を介してヒータ5により
例えば650℃に加熱されている石英ガラス基板2
上に被着し、この石英ガラス基板2上に(111)
面が優勢的に成長した多結晶状のBaF2膜6が形
成される。なおBaF2膜6の膜厚は、本実施例に
おいては0.4μmとした。
次に第1B図に示すように、高周波(RF)ス
パツタリング装置のステンレス製の電極板(試料
台)7の上に、上述のBaF2膜6が形成された石
英ガラス基板2を載置すると共に、電極板8にタ
ーゲツト9を取り付ける。なおこのターゲツト9
は、組成式Bi2.0Y1.0Fe3.8Al1.2O12で表される多結
晶状の鉄ガーネツトの円盤状の焼結体から成つて
いる。
次にスパツタリング装置内を所定の真空度に排
気した後、このスパツタリング装置内にArとO2
との混合ガス(Ar:O2=9:1)を7Pa程度ま
で導入する。真空度が安定した状態で、電極板7
と電極板8との間に所定の高周波電圧を印加して
グロー放電を開始させる。この放電で生じたAr+
イオンはターゲツト9の表面をスパツタし、この
スパツタにより上記ターゲツト9からBi、Y、
Fe、Al、O等の原子が離脱する。これらの離脱
した原子は、電極板7を介してヒータ10により
例えば450℃に加熱されているBaF2膜6上に被着
し、このBaF2膜6上に(Y、Bi)3(Fe、Al)5O12
薄膜(以下薄膜と称する)11が形成されて、石
英ガラス基板2、BaF2膜6及び薄膜11から成
るガーネツト薄膜素子が完成される。なおスパツ
タに用いる電力を110Wとし、またスパツタ時間
を2時間30分とした場合、得られた薄膜11の膜
厚は0.8μmであつた。
上述の実施例により製造された薄膜11の結晶
性をX線回折により調べたところ、膜面に平行に
(111)面が優勢的に成長した(即ち方位成長し
た)多結晶であることが判明した。そして、光学
顕微鏡による観察の結果、薄膜11は唐草模様状
及びバブル状の磁区構造を有し、また次のような
優れた特性を有する極めて良好な垂直磁化膜であ
ることが測定によつて明らかにされた。
即ち、第2図に示すように、膜面に垂直な方向
の磁界Hに対する薄膜11のフアラデー回転角θF
のヒステリシス特性を測定したところ、角形性が
良好なループが得られ、磁気トルク測定から垂直
磁化膜であることが判明した。またフアラデー回
転角θFは約1.5°と極めて大きく、また保磁力Hc
約200Oeと十分に大きい。このように、薄膜11
は磁気記録材料として極めて好ましい性質を有
し、従つてガーネツト薄膜素子が極めて良好な特
性を有していることがわかる。なお第2図に示す
ような優れた特性を有する垂直磁化膜が得られる
ことから、薄膜11中にはより大きな垂直磁気異
方性を賦与するBiが固溶限界程度まで固溶して
いることが推定される。なお第2図において、フ
アラデー回転角θF測定用の光源としては、He−
Neレーザー(波長6328Å)を用いた。また測定
は、上記薄膜11に光を透過させて行つた。
なお上述の実施例において、BaF2膜6上に薄
膜11が方位成長するのは、薄膜11を構成する
(Y、Bi)3(Fe、Al)5O12の格子定数(Bi置換量に
より異なるが例えば12.42Å)がBaF2の格子定数
(6.187Å)のほぼ2倍であり、BaF2と(Y、
Bi)3(Fe、Al)5O12との格子のミスフイツトが極
めて小さいためである。さらに、一般にBi置換
希土類鉄ガーネツトR3-xBix(Fe,M)5O12の格子
定数は、Rの種類及びBi置換量xによつて12.30
〜12.54Åの範囲で変化することが知られており、
このことからRの種類及びBi置換量xを適当に
選択することによつて、上述のミスフイツトを実
質的に0とすることが可能である。なお(111)
に方位成長したBi置換希土類鉄ガーネツト薄膜
は、その成長方向がガーネツトの磁化容易軸であ
るために良好な磁気特性を示す。
なお上述の実施例においては、薄膜11の形成
しにスパツタ法を用い、そのターゲツトの材料と
して組成式Bi2.0Y1.0Fe3.8Al1.2O12で表される多結
晶状の鉄ガーネツトを用いたが、ターゲツト組成
はこれに限定されるものではなく、例えば上述の
組成式に含まれる元素をそれぞれ含む混合物であ
つてもよい。より一般的には、(Bi2O3x(R2O3
y(Fe2O3z(M2O3uで表されるような少なくと
もBi原子、Fe原子及び希土類原子を含む酸化物
から成る材料を用いることができる。ここで、0
<x≦3/2、0<y≦3/2、0<z<5/
2、0≦u≦5/2である。またRはY、Sm等
の希土類元素であり、MはAl3+、Ga3+、Sc3+
Tl3+、(Co2++Ti4+)等である。
また上述の実施例においては、BaF2膜6を形
成すべき基板として石英ガラス基板2を用いたが
他の種類のガラス、例えばアルミナ硅酸ガラス
(例えばコーニング社製1723)、硅酸ガラス(例え
ばバイコール・ガラス)、硼硅酸ガラス(例えば
パイレツクス・ガラス)等のガラスまたはSiO2
等から成る非晶質基板を用いてもよいことは勿
論、ステンレス等の金属(陽極酸化された金属を
含む)、Si等の半導体、BN等の絶縁体、アルミ
ナ等のセラミツクス等の結晶性基板を用いてもよ
い。また上述の実施例においては、薄膜11を形
成すべき膜としてBaF2膜6を用いたが、薄膜1
1を方位成長させることができればBaF2膜6以
外の他の種類の膜を用いてもよく、一般にBaF2
膜におけるBaの一部をSrまたはCaで置換した
Ba1-x-ySrxCayF2膜(但し0≦x+y<1)を用
いてもよい。
また上述の実施例においては、BaF2膜6を形
成するのに真空蒸着法を用いたが、このBaF2
6さらに一般にBa1-x-ySrxCayF2膜の形成には例
えばスパツタ法、CVD法等の他の気相成長法等
を用いることができる。同様に、上述の実施例に
おいては、薄膜11を形成するのにスパツタ法を
用いたが、例えば蒸着法、CVD法、イオンプレ
ーテイング法等の他の気相成長法または液相エピ
タキシヤル法(LPE法)等を用いてもよい。
さらにBaF2膜6及び薄膜11を形成するとき
の基板温度も実施例の温度に限定されるものでは
なく、これらのBaF2膜6及び薄膜11が方位成
長すれば他の温度に用いてもよい。しかし、
BaF2膜6を形成するときの基板温度が550℃以下
及び800℃以上ではBaF2膜6、一般にBa1-x-ySrx
CayF2膜を方位成長させるのが難しいので、550
〜800℃であるのが好ましい。また薄膜11を形
成するときの基板温度は、350℃以下では薄膜1
1が方位成長せずに非晶質膜となつてしまい、
700℃以上ではBiの蒸気圧が高くなるためにBi置
換量xの大きな薄膜11を得るのが難しいので、
350〜700℃であるのが好ましい。
なお上述の実施例においては、ガーネツト薄膜
として(Y、Bi)3(Fe、Al)5O12薄膜を用いた場
合につき説明したが、一般に希土類ガーネツト
R3M5O12(RまたはMの一部を他の元素で置換し
たものを含む)、ガドリニウム・ガリウムガーネ
ツト(GGG)等から成る他の種類のガーネツト
薄膜を用いてもよい。
以上述べたように、本発明に係るガーネツト薄
膜素子によれば、特にBa1-x-ySrxCayF2膜(但し
0≦x+y<1)上にガーネツト薄膜を設けるよ
うにしたので、極めて良好な垂直磁化特性を有す
るガーネツト薄膜素子を提供することができる。
また本発明に係るガーネツト薄膜素子の製造方
法によれば、特にBa1-x-ySrxCayF2膜(但し0≦
x+y<1)上にガーネツト薄膜を方位成長させ
るようにしているので、極めて良好な垂直磁化特
性を有するガーネツト薄膜素子を製造することが
でき、また基板の材質を種々に選ぶことができる
ので、製造上極めて好都合である。
【図面の簡単な説明】
第1A図及び第1B図は本発明に係るガーネツ
ト薄膜素子の製造方法の一実施例を工程順に示す
断面図、第2図は第1A図及び第1B図に示す実
施例により製造されたガーネツト薄膜素子を構成
する(Y、Bi)3(Fe、Al)5O12薄膜のヒステリシ
ス特性を示すグラフである。 3なお図面に用いた符号において、1……試料
台、2……石英ガラス基板、3……フイラメン
ト、4……BaF2、5,10……ヒータ、6……
BaF2膜、7……電極板(試料台)、8……電極
板、9……ターゲツト、11……(Y、Bi)3
(Fe、Al)5O12薄膜である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 所定の基板上に設けられているBa1-x-ySrx
    CayF2膜(但し0≦x+y<1)と、この
    Ba1-x-ySrxCayF2膜上に設けられているガーネツ
    ト薄膜とをそれぞれ具備することを特徴とするガ
    ーネツト薄膜素子。 2 所定の基板上にBa1-x-ySrxCayF2膜(但し0
    ≦x+y<1)を方位成長させ、次いで上記
    Ba1-x-ySrxCayF2膜上にガーネツト薄膜を方位成
    長させるようにしたことを特徴とするガーネツト
    薄膜素子の製造方法。
JP6027884A 1984-03-28 1984-03-28 ガ−ネツト薄膜素子及びその製造方法 Granted JPS60202914A (ja)

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JP2834123B2 (ja) * 1987-09-14 1998-12-09 松下電器産業株式会社 光アイソレータ用磁気光学結晶の成長方法

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