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JPS6244843B2 - - Google Patents
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JPS6244843B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPS6244843B2
JPS6244843B2 JP56154384A JP15438481A JPS6244843B2 JP S6244843 B2 JPS6244843 B2 JP S6244843B2 JP 56154384 A JP56154384 A JP 56154384A JP 15438481 A JP15438481 A JP 15438481A JP S6244843 B2 JPS6244843 B2 JP S6244843B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ion
ion implantation
bubble
film
garnet film
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.)
Expired
Application number
JP56154384A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS5856304A (en
Inventor
Hiroshi Makino
Yasuharu Hidaka
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.)
DENSHI KEISANKI KIPPON GIJUTSU KENKYU KUMIAI
Original Assignee
DENSHI KEISANKI KIPPON GIJUTSU KENKYU KUMIAI
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 DENSHI KEISANKI KIPPON GIJUTSU KENKYU KUMIAI filed Critical DENSHI KEISANKI KIPPON GIJUTSU KENKYU KUMIAI
Priority to JP56154384A priority Critical patent/JPS5856304A/en
Publication of JPS5856304A publication Critical patent/JPS5856304A/en
Publication of JPS6244843B2 publication Critical patent/JPS6244843B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F10/00Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
    • H01F10/08Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers
    • H01F10/10Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers characterised by the composition
    • H01F10/18Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers characterised by the composition being compounds
    • H01F10/20Ferrites
    • H01F10/24Garnets

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Thin Magnetic Films (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明はチヤージド・ウオールを用いて磁気バ
ブルを転送させるコンテイギユアス・デイスク・
磁気バブル素子に用いられる磁性ガーネツト膜組
成に関する。 チヤージド・ウオールを用いたコンテイギユア
ス・バブル素子は、従来のパーマロイ等により構
成されるデイスクリート・パターンを用いた素子
と異なりエ・アイ・ピー・コンフアレンス・プロ
シーデイングス(AIP Conf.Proc.)第10号第339
ページ(1973年)に示されているごとく、数珠玉
状に連続したパタンを用いてチヤージド・ウオー
ルによつてバブルを駆動させてメモリ動作をさせ
ようとする新方式のバブル素子である。 この素子のパターン形成方法は上記文献に示さ
れているごとく、通常はイオン注入により行われ
る。イオン注入の役割はガーネツト膜の表面層の
磁化を磁歪効果によつて膜面内方向に向けパター
ンを形成することにある。 さらに、イオン注入によつて磁化を面内に向け
るには、イオン注入による歪誘導磁気異方性エネ
ルギーKaの絶対値はイオン注入前の膜(as−
grown膜)の一軸磁気異方性エネルギーKuより
も大きくなければならない。 バブル径が微小化されるに伴いKuの値は大き
くなるから、バブル層に直接イオン注入を行つて
磁化を面内に向けることは次第に困難になつてき
ている。イオン注入による歪を大きくしようとし
て、むやみにイオン注入量を増してもイオン注入
層が破砕され、もはや強磁性物質でなくなつてし
まい、与えうる歪には上限が存在することが知ら
れている。 この問題点を解決するために、アイ・イー・イ
ー・イー・トランザクシヨンズ・オン・マグネテ
イクス(IEEE Trans.on Mag.)第MAG 13巻第
174ページ(1977年)に示されているごとく、バ
ブル支持層のガーネツト膜とイオン注入により膜
面内に磁化を向けるドライブ層用のガーネツト膜
を異なつた組成とする2重膜の採用が提案されて
いる。しかしながら2重膜構成の磁性ガーネツト
膜を製造することは工程が複雑になり、また膜厚
の制御が困難である等、実用的ではない。当然の
ことながら微小バブルを用いたバブル素子におい
ても単層膜で構成されていることが望ましい。 単層膜構成でコンテイギユアス・デイスク・磁
気バブル素子を達成しようとするには、そのバブ
ル材料は、バブル層としての特性への要請と、ド
ライブ層としての特性への要請を同時に満すこと
ができていなければならない。バブル径が微小化
するにつれ、材料の一軸異方性エネルギー(K
u)の値を大きくする必要があることは上述の通
りである。しかもイオン注入によつて表面層の磁
化を面内に向けることができる程度のKuの大き
さでなければならない。この点を第1図を用い
て、更に定量的に説明する。第1図aはコンテイ
ギユアス・デイスク・磁気バブル素子の構成を示
す断面図であり、Gd3Ga5O12基板10上のガーネ
ツト膜11に接して形成されたマスクパタン12
(Auやレジスト材料で形成される)を境に、マス
クパタン下のガーネツト膜はイオン注入から保護
され、一方マスクパタンの外側のガーネツト膜の
表面層13はイオン注入され、この部分の一軸異
方性エネルギーはKiになる。このときイオン注
入による歪は境界部で著しい勾配ができており、
この部分に、ある幅をもつた境界領域14が存在
するはずである。このため反磁界まで考慮した実
効的一軸異方性K′(=Ku−2πM )は15で
示されるようにイオン注入していない膜の値から
マスクパタン外側表面の値K′(=Ki−2πM

に境界領域14を介して変化する。 本発明者らは、非イオン注入領域のKu−2π
とイオン注入領域の|Ki−2πM |の絶対

がつり合つて、ちようど境界部でQ=1が成立し
ていることが、安定したコンテイギユアス・デイ
スク転送マージンを得る必須要件であることを実
験的に見出した。また本発明者らは広い温度範囲
にわたつて安定した転送マージンをうるには、広
い温度範囲でKu−2πM =|Ki−2πM |が
成立しうる材料であることが必須であることを見
出し、本発明をなすに至つた。即ち必要以上に|
i|を大きくするとパタン境界部内部にまでQ
<1となり、磁化がパタン下においても面内に倒
れ込むようになり、パタンエツジに磁極が出現
し、コンテイギユアスデイスクバブル転送を阻害
することが解つた。逆に|Ki|が小さいとチヤ
ージドウオールが弱く面内回転磁場を必要以上に
大きくしなければ転送できない等不都合であるこ
とがわかつた。広い温度範囲で動作可能なため
に、Ku−2πM =|Ki−2πM |が広い温度
範囲で成り立つことが必要なことは、上述の条件
から理解できる。 またイオン注入によるダメージレベルを大きく
すればするほど、ガーネツト膜に与える歪は増加
するが、一軸異方性エネルギーの変化量K〓はい
つまでも歪に比例するのでなく、飽和し、やがて
かえつて減少することが知られる。第2図は本発
明者らによる測定結果であり、K〓はイオン注入
ダメージレベルが1.1eV/Åを越えると、飽和
に達していることを示している。またガーネツト
膜のキユリー温度を強磁性共鳴の温度変化でイオ
ン注入層によるシグナル消失温度として求めた結
果を第2図22に示す。キユリー温度はダメージ
レベルに依存して非イオン注入部分に比べ著しく
低下していることがわかる。必要以上にダメージ
レベルを大きくすることは得策ではない。イオン
注入層のキユリー温度Tcに比べ50℃以内の温度
(例えば150℃のキユリー温度のとき100℃以上の
温度)ではチヤージドウオールが弱くコンテイギ
ユアス・デイスク・バブル転送が不可能なことを
本発明者らは見出している。これらのことから本
発明は広い温度範囲にわたつてKu−2πM
|Ki−2πM |が達成でき、この条件を達成
できるイオン注入ダメージレベルは1.1eV/Å
以下であり、イオン注入層のキユリー温度を
130℃以上に保つことができ、かつバブル径が
目的とするビツト周期に適合した大きさであるこ
と、の4つの条件を同時に満すことのできる材料
を提供することである。より具体的に材料特性へ
の要請を列挙すれば、1.1eV/Å以下のダメー
ジレベルでKu−2πM =|Ki−2πM |を達
成できるためには25℃でのKu値が60000erg/cm2
以下45000erg/cm2の値をもつていなければなら
ず、またバブルの安定性確保のためQが2.5以上
3未満を有していることが必要である。かつ−30
℃〜+80℃の広い温度範囲にわたつて常にKu
2πM =|Ki−2πM |が成り立つことが必

である。 本発明はこれらの条件をみたす、広い温度範囲
にわたり安定したコンテイギユアス・デイスク・
バブル転送マージンを有する実用的なガーネツト
膜組成を提供することである。また本組成はBiを
含み、特願昭54−88910に記載される通りフアラ
デー回転係数が大きいため磁気バブルの目視が容
易で、この点からも実用性に優れている。 本発明者らは種々の組成のガーネツト膜組成、
すなわち種々の磁気特性のガーネツト膜組成を用
い、イオン注入条件を種々変化させて4μm周期
コンテイギユアス・デイスク素子転送マージン及
びその温度変化を測定した結果、
YxSmyLu3-(x+y+z+u)BizCauFe5-uGeuO12なる組成
式で表わされ、x、y、z、uの値がそれぞれ
0.50≧x≧0.30、0.30≧y≧0.10、0.35≧z≧0.20
及び0.80≧u≧0.60の範囲で示される組成のガー
ネツトが最適な材料組成であることを見出し、本
発明をなした。 本発明の組成に似た組成に(YSmLuCa)3
(FeGe)5O12があり、4μm周期コンテイギユア
ス・デイスク・磁気バブル素子に用いられる例と
して電子通信学会電子部品・材料研究会資料
CPM80−73に記載されている。 本発明の材料はこれとは異なりBiを分子式当り
0.20以上0.35以下を含んでいるが、Biを含ませる
ことにより同じKuを達成するに足るSm量を減ら
すことができ、結局(YSmLuCa)3(FeGe)5O12
と本発明の(YSmLuBiCa)3(FeGe)5O12では同
じKuに対し|K1|/Ku比を20%小さくできたこ
とにより、より低い回転磁場でのバブル転送が可
能であつた。コンテイギユアス・デイスク転送可
能な最小の回転磁場は|K1|に比例することは
ジヤーナル・オブ・アプライド・フイジツクス第
50巻第6号第4246ページの論文に記載される通り
である。Bi量が分子式当り0.20以下のときは|K1
|を減少させる効果は実質的になかつた。 以下に実施例をもつて本発明を詳細に説明す
る。 実施例 1 第1表に示す融液組成を用いてY0.49
Sm0.10Lu1.37Bi0.30Ca0.74Fe4.26Ge0.74O12ガーネツ
ト膜を(111)Gd3Ga5O12基板上に820℃において
1.28μmの厚さに育成した。このガーネツト膜の
磁気特性は第2表に示す値であつた。Ku
47000erg/cm2でQ=2.5を確保できていた。強磁
性共鳴を用いて0.9eV/Åのダメージレベルに
相当する100keV−3.5×1015He+/cm2+40keV−
1.5×1015He+/cm2の二重イオン注入を実施し、非
イオン注入部分とイオン注入部分のHk−4πMs
とHki−4πMsを測定した結果を第3図に示す。
Ku−2πMs =M/2(Hk−4πMs)、Ki−2π Ms =M/2(Hki−4πMs)の関係があり、Hk −4πMs=|Hki−4πMs|が成り立つていれ
ばKu−2πM =|Ki−2πM |が成り立つて
いる。この第3図より−30℃から+100℃にわた
りKu−2πM =|Ki−2πM |が成り立つて
いることがわかる。4μm周期CD転送マージン
の面内回転磁場Hr=50Oeでのバイアス磁場マー
ジンの温度変化は第4図に示すようであり安定し
た動作が−30℃から+80℃で保証された。また第
3図のイオン注入層のKi−2πM は155℃で0
になつており、即ちイオン注入層のキユリー温度
は155℃であることを示しており、温度特性を保
証する最低キユリー温度150℃を越えている。以
上のことからもこの材料は広い温度範囲にわたつ
て十分なコンテイギユアス・デイスク・マージン
を有する材料であることが確かめられた。またフ
アラデー回転係数は−3200゜/cmであり、偏光顕
微鏡で十分バブルの目視ができた。 実施例 2 第1表に示す融液組成を用いてY0.30
Sm0.28Lu1.38Bi0.30Ca0.74Fe4.26Ge0.74O12ガーネツ
ト膜を(111)Gd3Ga5O12基板上に835℃にて1.31
μmの厚さに育成した。このガーネツト膜の磁気
特性は第2表に示すようでありKu=58000erg/
cm2でQ=2.6を確保できていた。4μm周期コン
テイギユアス・デイスクパタンをCr/Auで形成
したのち0.9eV/Åのダメージレベルのイオン
注入に相当する100keV−3.5×1015He+/cm2
40keV−1.5×1015He+/cm2のイオン注入を行なつ
た。−30℃から+80℃までKu−2πM =|Ki
2πM |が成り立つていた。面内回転磁場50Oe
でのコンテイギユアス・デイスク・転送マージン
は−30℃〜+80℃にわたつて常に13%を確保でき
ていた。イオン注入層のキユリー温度は158℃で
あつた。 実施例 3 第1表に示す融液からY0.50
Sm0.30Lu1.20Bi0.20Ca0.80Fe4.20Ge0.80O12ガーネツ
ト膜を(111)Gd3Ga5O12基板上に865℃にて0.90
μmの厚さに育成した。このガーネツト膜の磁気
特性は第2表に示す値であり、Ku=45000erg/
cm2でQ=3.0を確保できていた。4μm周期コン
テイギユアス・デイスクパタンをホトレジスト
AZ−1350Jで形成したのち1.1eV/Åのダメー
ジレベルに相当する100keV−4.25×1015He+/cm2
+40keV−2.0×1015He+/cm2のイオン注入を行な
つた。面内回転磁場50Oeでのコンテイギユア
ス・デイスク転送マージンは−30℃から+80℃ま
で常にマージン率11%を確保できていた。イオン
注入層のキユリー温度は150℃であつた。 実施例 4 第1表に示す融液からY0.41
Sm0.15Lu1.49Bi0.35Ca0.60Fe4.40Ge0.60O12ガーネツ
ト膜を(111)Gd3Ga5O12基板上に1.16μm成長
させた。膜の磁気特性は第2表に示す通りであつ
た。Auマスクで3μm周期コンテイギユアス・
デイスク転送路を形成し、1.1eV/Åのダメー
ジレベルに相当するイオン注入(条件は実施例3
と同一)を行つたのちコンテイギユアス・デイス
ク・転送マージンの温度変化を測定したところ−
30℃〜+80℃にわたつて常に安定に10%を確保で
きた。イオン注入層のキユリー温度は140℃であ
つた。 比較例 1 実施例1〜4と全く異る組成の
Gd0.16Sm0.18Tm1.73Bi0.3Ca.63Fe4.37Ge0.63O12
(111)Gd3Ga5O12上に液相エピタキシヤル成長さ
せ実施例1〜4と同様にコンテイギユアス・デイ
スクデバイスを形成させた。イオン注入部、非イ
オン注入部のHki−4πMs、Hk−4πMsの温度
変化は第4図に示すようであり、イオン注入部、
非イオン注入部のHk−4πMsの平均値は図中破
線で示す如く30℃〜60℃の範囲では丁度ゼロであ
つたが20℃以下では正に、逆に70℃以上では負に
なつていた。このため20℃以下の低温ではチヤー
ジドウオールの形成が弱く、大きい面内磁界を印
加しなければコンテイギユアス・デイスク転送マ
ージンが得られなかつた。又70℃以上の高温で
は、パタン下に磁極があらわれバブルの転送がス
ムーズでなく、好ましい材料ではなかつた。Yx
SmyLu3-(x+y+z+u)BizCauFe5-uGeuO12において、
x>0.50のときKuが45000erg/cm2以下となりu
の値によつてはバブル径が大きくなりすぎたり、
Qが2.5以下となつてしまい適当でなかつた。逆
にx<0.30のときはKuが約60000erg/cm2以上と
なり1.1eV/Åのダメージレベルのイオン注入
を実施しても|Ki−2πM |が小さくチヤージ
ドウオールが弱く回転磁場を大きくしないとコン
テイギユアス・デイスク転送マージンがとれなか
つた。y>0.30のときは膜の格子定数がBi量の下
限z=0.20でも12390Åであり、基板とのミスマ
ツチが大きく不適切であつた。z>0.20のときさ
らに格子定数は大きくなつた。y<0.10のときは
u<45000erg/cm2であつた。z>0.35のときは
ガーネツト膜の抗磁力Hcが1Oe以上になり転送
パターンに沿つてのバブルの移動の障害となつ
た。z<0.20のときはフアラデー回転係数が小さ
く目視困難のため不都合であつた。また|K1
がBiを含まない系と実質的に同一であり、Bi添加
効果は認められなかつた。u<0.60のときは4π
sが800G以上となり、Q=2.5を確保できなかつ
た。u>0.80のときは4πMsが550G以下でバブ
ル径が大きくなりすぎ、コンテイギユアス・デイ
スク転送路の各ビツト位置にバブルを全部つめた
場合、バブル間の相互作用のためマージン幅が小
さくなつてしまい不適当であつた。 以上、本発明によれば(111)Gd3Ga5O12基板
上への単層のエピタキシヤルガーネツト膜を用い
ることにより、広い温度範囲で十分な動作マージ
ンを有するコンテイギユアス・デイスク・磁気バ
ブル素子を作ることができる。
The present invention is a continuous disk that uses a charged wall to transfer magnetic bubbles.
This invention relates to the composition of magnetic garnet films used in magnetic bubble devices. Contiguous bubble elements using charged walls differ from elements using conventional discrete patterns made of permalloy, etc., and are based on AIP Conf.Proc. No. 10. No. 339
As shown in Page (1973), this is a new type of bubble device that uses a continuous bead-like pattern to drive bubbles through a charged wall to perform memory operations. As shown in the above-mentioned literature, the pattern formation method for this element is usually performed by ion implantation. The role of ion implantation is to form a pattern by directing the magnetization of the surface layer of the garnet film in the in-plane direction of the garnet film using the magnetostrictive effect. Furthermore, in order to orient magnetization in-plane by ion implantation, the absolute value of strain-induced magnetic anisotropy energy K a by ion implantation must be
uniaxial magnetic anisotropy energy K u (grown film). As the bubble diameter becomes smaller, the value of K u increases, so it is becoming increasingly difficult to directly implant ions into the bubble layer and direct the magnetization in-plane. It is known that even if the amount of ions implanted is increased unnecessarily in an attempt to increase the strain caused by ion implantation, the ion implanted layer will be fractured and it will no longer be a ferromagnetic material, so there is an upper limit to the strain that can be applied. . In order to solve this problem, IEEE Trans.on Mag., MAG, Volume 13,
As shown on page 174 (1977), it was proposed to adopt a double film in which the garnet film for the bubble support layer and the garnet film for the drive layer, which directs magnetization in the plane of the film by ion implantation, have different compositions. ing. However, manufacturing a magnetic garnet film with a double film structure is not practical because the process is complicated and it is difficult to control the film thickness. Naturally, it is desirable that a bubble element using microbubbles is also composed of a single layer film. In order to achieve a continuous disk magnetic bubble element with a single-layer film structure, the bubble material must simultaneously satisfy the requirements for properties as a bubble layer and as a drive layer. must be maintained. As the bubble diameter becomes smaller, the uniaxial anisotropy energy (K
As mentioned above, it is necessary to increase the value of u ). Furthermore, K u must be large enough to direct the magnetization of the surface layer in-plane by ion implantation. This point will be further explained quantitatively using FIG. FIG. 1a is a cross-sectional view showing the configuration of a continuous disk magnetic bubble element, in which a mask pattern 12 formed in contact with a garnet film 11 on a Gd 3 Ga 5 O 12 substrate 10 is shown.
The garnet film under the mask pattern is protected from ion implantation, while the surface layer 13 of the garnet film outside the mask pattern is ion implanted, and the uniaxial difference in this area is The directional energy becomes K i . At this time, the strain caused by ion implantation has a significant gradient at the boundary.
A boundary region 14 with a certain width should exist in this part. Therefore, the effective uniaxial anisotropy K′ u (=K u −2πM 2 s ) taking into account the demagnetizing field is calculated from the value of the film without ion implantation to the value K′ i of the outer surface of the mask pattern, as shown in 15. (=K i −2πM 2 s
)
through the boundary region 14. The inventors have determined that K u −2π in the non-ion implanted region
When the absolute values of M 2 s and |K i −2πM 2 s | of the ion implantation region are balanced, and Q = 1 just holds at the boundary, a stable contiguous disk transfer margin can be obtained. We experimentally discovered that this is an essential requirement. In addition, the present inventors found that in order to obtain a stable transfer margin over a wide temperature range, it is essential that the material satisfy K u −2πM 2 s = |K i −2πM 2 s | over a wide temperature range. We have discovered that this is the case, and have come up with the present invention. In other words, more than necessary |
When K i | is increased, Q extends to the inside of the pattern boundary.
<1, the magnetization begins to fall in-plane even under the pattern, and a magnetic pole appears at the edge of the pattern, which inhibits continuous disk bubble transfer. On the other hand, it has been found that when |K i | is small, the charged wall is weak and transfer is impossible unless the in-plane rotating magnetic field is made larger than necessary. It can be understood from the above conditions that in order to be able to operate in a wide temperature range, it is necessary that K u -2πM 2 s = |K i -2πM 2 s | holds true in a wide temperature range. Furthermore, as the damage level due to ion implantation increases, the strain applied to the garnet film increases, but the amount of change in uniaxial anisotropy energy K is not proportional to the strain forever, but saturates and eventually decreases. It is known that FIG. 2 shows the measurement results by the present inventors, and shows that K〓 reaches saturation when the ion implantation damage level exceeds 1.1 eV/ Å3 . Further, the results of determining the Curie temperature of the garnet film as the signal disappearance temperature due to the ion-implanted layer based on the temperature change of ferromagnetic resonance are shown in FIG. 22. It can be seen that the Curie temperature is significantly lower than in the non-ion implanted part depending on the damage level. It is not a good idea to increase the damage level more than necessary. The present invention shows that the charged wall is weak at temperatures within 50 degrees Celsius (for example, temperatures of 100 degrees Celsius or higher when the Curie temperature is 150 degrees Celsius) compared to the Curie temperature Tc of the ion-implanted layer, making continuous disk bubble transfer impossible. They are finding out. Based on these facts, the present invention allows K u −2πM 2 s = K u −2πM 2 s =
|K i −2πM 2 s | can be achieved, and the ion implantation damage level that can achieve this condition is 1.1 eV/Å 3
The Curie temperature of the ion-implanted layer is
The object of the present invention is to provide a material that can simultaneously satisfy four conditions: the temperature can be maintained at 130° C. or higher, and the bubble diameter is suitable for the intended bit period. More specifically, the requirements for material properties are as follows: In order to achieve K u −2πM 2 s = |K i −2πM 2 s | at a damage level of 1.1 eV/Å 3 or less, K at 25°C is required. u value is 60000erg/ cm2
It must have a value of 45,000 erg/cm 2 or less, and it must have a Q of 2.5 or more and less than 3 to ensure bubble stability. Katsu-30
Constantly K u − over a wide temperature range from °C to +80 °C
It is necessary that 2πM 2 s = |K i −2πM 2 s |. The present invention satisfies these conditions by creating a continuous disk that is stable over a wide temperature range.
The object of the present invention is to provide a practical garnet film composition having a bubble transfer margin. Furthermore, this composition contains Bi and has a large Faraday rotation coefficient as described in Japanese Patent Application No. 1988-88910, so that magnetic bubbles can be easily observed visually, and from this point of view as well, it is excellent in practical use. The present inventors have developed various garnet film compositions,
That is, as a result of measuring the 4 μm period continuous disk element transfer margin and its temperature change by using garnet film compositions with various magnetic properties and varying the ion implantation conditions,
It is expressed by the composition formula YxSmyLu 3-(x+y+z+u) Bi z Ca u Fe 5-u Ge u O 12 , and the values of x, y, z, and u are respectively
0.50≧x≧0.30, 0.30≧y≧0.10, 0.35≧z≧0.20
It has been discovered that garnet having a composition within the range of 0.80≧u≧0.60 is the optimal material composition, and the present invention has been completed. With a composition similar to that of the present invention (YSmLuCa) 3
(FeGe) 5 O 12 is used in 4 μm periodic contiguous disks and magnetic bubble elements, as shown in the Institute of Electronics and Communication Engineers Electronic Components and Materials Study Group materials.
Described in CPM80-73. Unlike this, the material of the present invention has Bi in its molecular formula.
Although it contains 0.20 to 0.35, by including Bi, the amount of Sm can be reduced enough to achieve the same K u , and in the end, (YSmLuCa) 3 (FeGe) 5 O 12
For the (YSmLuBiCa) 3 (FeGe) 5 O 12 of the present invention, the |K 1 |/K u ratio could be reduced by 20% for the same K u , making bubble transfer possible in a lower rotating magnetic field. . It is known from the Journal of Applied Physics that the smallest rotating magnetic field that can be transferred by a continuous disk is proportional to |K 1 |.
As described in the paper on Volume 50, No. 6, Page 4246. When the amount of Bi is less than 0.20 per molecular formula, |K 1
There was virtually no effect of reducing |. The present invention will be explained in detail with reference to Examples below. Example 1 Using the melt composition shown in Table 1 , Y 0.49
Sm 0 . 10 Lu 1 . 37 Bi 0 . 30 Ca 0 . 74 Fe 4 . 26 Ge 0 . 74 O 12 garnet film on a (111)Gd 3 Ga 5 O 12 substrate at 820°C
It was grown to a thickness of 1.28 μm. The magnetic properties of this garnet film were as shown in Table 2. K u =
Q = 2.5 was secured at 47000erg/cm 2 . 100keV−3.5 × 10 15 He + /cm 2 +40keV− corresponding to a damage level of 0.9eV/Å 3 using ferromagnetic resonance.
Double ion implantation of 1.5×10 15 He + /cm 2 was performed, and H k −4πM s of the non-ion implanted part and the ion implanted part
The results of measuring H ki -4πM s are shown in FIG.
There is a relationship of Ku−2πM s 2 =M s /2(Hk−4πM s ), Ki−2πM s 2 =M s /2(Hki−4πM s ), and H k −4πM s = |H ki −4πM If s | holds true, then K u −2πM 2 s = |K i −2πM 2 s | holds true. From FIG. 3, it can be seen that K u -2πM 2 s = |K i -2πM 2 s | holds over the range from -30°C to +100°C. The temperature change of the bias magnetic field margin with the in-plane rotating magnetic field Hr = 50 Oe of the 4 μm period CD transfer margin is as shown in Figure 4, and stable operation was guaranteed from -30°C to +80°C. In addition, K i -2πM 2 s of the ion-implanted layer in Fig. 3 is 0 at 155°C.
This indicates that the Curie temperature of the ion-implanted layer is 155°C, which exceeds the minimum Curie temperature of 150°C that guarantees the temperature characteristics. From the above, it was confirmed that this material has a sufficient contiguous disk margin over a wide temperature range. Furthermore, the Faraday rotation coefficient was -3200°/cm, and bubbles could be sufficiently observed using a polarizing microscope. Example 2 Using the melt composition shown in Table 1 , Y 0.30
Sm 0.28 Lu 1.38 Bi 0.30 Ca 0.74 Fe 4.26 Ge 0.74 O 12 garnet film was deposited on a ( 111 ) Gd 3 Ga 5 O 12 substrate at 1.31 at 835 ℃.
It was grown to a thickness of μm. The magnetic properties of this garnet film are shown in Table 2, and K u =58000erg/
We were able to secure Q = 2.6 in cm 2 . After forming a 4 μm periodic contiguous disk pattern with Cr/Au, 100 keV−3.5×10 15 He + /cm 2 + was applied, which corresponds to ion implantation with a damage level of 0.9 eV/Å 3 .
Ion implantation was performed at 40 keV−1.5×10 15 He + /cm 2 . From −30℃ to +80℃ K u −2πM 2 s = |K i
2πM 2 s | was established. In-plane rotating magnetic field 50Oe
The contiguous disk transfer margin was always 13% over the temperature range of -30°C to +80°C. The Curie temperature of the ion-implanted layer was 158°C. Example 3 Y 0.50 from the melt shown in Table 1
Sm 0.30 Lu 1.20 Bi 0.20 Ca 0.80 Fe 4.20 Ge 0.80 O 12 garnet film on ( 111)Gd 3 Ga 5 O 12 substrate at 0.90
It was grown to a thickness of μm. The magnetic properties of this garnet film are shown in Table 2, and K u =45000erg/
Q = 3.0 was secured at cm 2 . Photoresist 4 μm periodic continuous disk pattern
After forming with AZ-1350J, 100keV-4.25×10 15 He + /cm 2 corresponds to a damage level of 1.1eV/Å 3 .
+40keV-2.0×10 15 He + /cm 2 ion implantation was performed. The contiguous disk transfer margin with an in-plane rotating magnetic field of 50 Oe was always able to maintain a margin rate of 11% from -30°C to +80°C. The Curie temperature of the ion-implanted layer was 150°C. Example 4 Y 0.41 from the melt shown in Table 1
A Sm0.15Lu1.49Bi0.35Ca0.60Fe4.40Ge0.60O12 garnet film was grown to a thickness of 1.16 μm on a ( 111 ) Gd3Ga5O12 substrate . The magnetic properties of the film were as shown in Table 2. 3μm period contiguous with Au mask
Ion implantation to form a disk transfer path and correspond to a damage level of 1.1 eV/Å 3 (conditions are as in Example 3)
), and then measured the temperature change of the contiguous disk and transfer margin.
A stable 10% was always maintained over a temperature range of 30°C to +80°C. The Curie temperature of the ion-implanted layer was 140°C. Comparative Example 1 A sample with a completely different composition from Examples 1 to 4.
Example 1 Gd 0 . 16 Sm 0 . 18 Tm 1 . 73 Bi 0 . 3 Ca 63 Fe 4 . 37 Ge 0 . A continuous disk device was formed in the same manner as in Steps 4 to 4. The temperature changes of H ki −4πM s and H k −4πM s in the ion-implanted part and the non-ion-implanted part are shown in FIG.
The average value of H k -4πM s in the non-ion-implanted area was exactly zero in the range of 30°C to 60°C, as shown by the broken line in the figure, but became positive below 20°C, and conversely became negative above 70°C. was. For this reason, the formation of a charged wall is weak at low temperatures below 20°C, and a continuous disk transfer margin cannot be obtained unless a large in-plane magnetic field is applied. Furthermore, at high temperatures of 70°C or higher, magnetic poles appeared under the pattern and bubble transfer was not smooth, making it not a desirable material. Yx
In SmyLu 3-(x+y+z+u) Bi z Ca u Fe 5-u Ge u O 12 ,
When x > 0.50, K u is less than 45000erg/cm 2 and u
Depending on the value of , the bubble diameter may become too large or
Q was less than 2.5, which was not appropriate. Conversely, when x < 0.30, K u is approximately 60000 erg/cm 2 or more, and even if ion implantation is performed at a damage level of 1.1 eV/Å 3 , |K i −2πM 2 s | is small and the charged wall rotates weakly. Contiguous disk transfer margin could not be achieved without increasing the magnetic field. When y>0.30, the lattice constant of the film was 12390 Å even at the lower limit of Bi content z=0.20, and the mismatch with the substrate was large and inappropriate. When z>0.20, the lattice constant became even larger. When y<0.10, K u <45000erg/cm 2 . When z>0.35, the coercive force H c of the garnet film exceeded 1 Oe and became an obstacle to the movement of bubbles along the transfer pattern. When z<0.20, the Faraday rotation coefficient was small and difficult to see visually, which was inconvenient. Also|K 1
was virtually the same as the system without Bi, and no effect of Bi addition was observed. 4π when u<0.60
M s exceeded 800G and it was not possible to secure Q = 2.5. When u > 0.80, the bubble diameter becomes too large when 4πM s is less than 550G, and if all the bubbles are packed in each bit position of the continuous disk transfer path, the margin width becomes small due to the interaction between the bubbles. It was inappropriate. As described above, according to the present invention, by using a single layer epitaxial garnet film on a (111)Gd 3 Ga 5 O 12 substrate, a contiguous disk/magnetic bubble element having a sufficient operating margin over a wide temperature range can be achieved. can be made.

【表】【table】

【表】【table】

【表】【table】

【表】【table】 【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図aはイオン注入コンテイギユアス・デイ
スク・磁気バブル素子の構成を示す断面図で、−
10は基板、11は磁性ガーネツト膜、12はマ
スクパタン、13はイオン注入層を示す。bはマ
スクパタン境界部付近の格子歪の変化を示すグラ
フ、cはマスクパタン境界部付近の実効的一軸異
方性エネルギーの変化を示すグラフである。第2
図はイオン注入ダメージレベルの関数として、イ
オン注入によつて誘起された一軸異方性エネルギ
ーK〓と、イオン注入層のキユリー温度Tcを示
す図である。第3図は本発明の実施例1に用いた
ガーネツト膜の異方性磁界の温度変化を示す図で
ある。第4図は本発明の実施例1のガーネツト膜
を用いて形成した4μm周期コンテイギユアス・
デイスク転送マージンの温度変化を示す図であ
る。第5図は比較例1に用いたガーネツト膜の異
方性磁界の温度変化を示す図である。
Figure 1a is a cross-sectional view showing the configuration of an ion-implanted continuous disk magnetic bubble element.
10 is a substrate, 11 is a magnetic garnet film, 12 is a mask pattern, and 13 is an ion implantation layer. b is a graph showing the change in lattice strain near the mask pattern boundary, and c is a graph showing the change in effective uniaxial anisotropy energy near the mask pattern boundary. Second
The figure shows the uniaxial anisotropy energy K〓 induced by ion implantation and the Curie temperature T c of the ion implanted layer as a function of the ion implantation damage level. FIG. 3 is a diagram showing temperature changes in the anisotropic magnetic field of the garnet film used in Example 1 of the present invention. Figure 4 shows a 4 μm periodic contiguous film formed using the garnet film of Example 1 of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing temperature changes in disk transfer margin. FIG. 5 is a diagram showing temperature changes in the anisotropic magnetic field of the garnet film used in Comparative Example 1.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 コンテイギユアス・デイスク・磁気バブル素
子に用いられる希土類(イツトリウムを含む)・
ビスマス・カルシウム・鉄・ゲルマニウムガーネ
ツト膜において、その組成式が YxSmyLu3-(x+y+z+u)BizCauFe5-uGeuO12 で表わされ、x、y、z、uの値がそれぞれ 0.30≦x≦0.50、 0.10≦y≦0.30、 0.20≦z≦0.35、 および0.60≦u≦0.80 の範囲にあることを特徴とするコンテイギユア
ス・デイスク・磁気バブル素子用ガーネツト膜。
[Claims] 1. Rare earths (including yttrium) used in contiguous disks and magnetic bubble elements.
The compositional formula of the bismuth-calcium-iron-germanium garnet film is YxSmyLu 3-(x+y+z+u) Bi z Ca u Fe 5-u Ge u O 12 , where x, y, z , u are in the range of 0.30≦x≦0.50, 0.10≦y≦0.30, 0.20≦z≦0.35, and 0.60≦u≦0.80, respectively.
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