Brevet FR2479277A1 — publié le 19811002

La présente invention concerne. la croissance de films magnétiques épitaxiaux sur des substrats de grenat pour former un composite destiné à être utilisé dans des applica- tions mettant en jeu des bulles magnétiques. La présente invention a plus particulièrement trait à une technique de préparation de composites de films magnétiques sur des substrats en grenat, de grande qualité, ces films ayant une très bonne anisotropie uniaxiale. L'utilisation de composites formés d'un mince film sur un substrat pour des applications mettant en jeu des bulles magnétiques est bien connue et des techniques de réalisation de tels composites par épitaxie en phase liquide (EPL) sont décrites dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique NI 3 790 405 et NI 3 837 911. Dans une technique EPL bien connue, une solution fondue d'oxydes et d'un fondant est surfondue et un substrat de grenat présentant l'orientation cristallographique convenable, par exemple sous forme de rondelle ayant avantageusement une épaisseur d'environ 0,508 mm et un diamètre d'environ 25,4 à 76,2 ou plus de 76,2 mm de diamètre est immergé dans la masse en surfusion et la croissance d'un film a lieu à la surface du substrat, la composition du film étant sélectivement différente de la composition du substrat de grenat de manière que le film EPL formé sur le substrat soit caractérisé par une anisotropie magnétique uniaxiale. Une vitesse de croissance du film de l'ordre d'environ 0,25 à 1 micromètre par minute peut être aisément obtenue par le procédé EPL et une épaisseur désirée du film peut être obtenue en quelques minutes. La technique ÉPL est pratiquée dans des conditions isothermiques et une pratique courante consiste à faire tourner ou osciller continuellement la rondelle immergée constituant le substrat dans un plan parallèle à la surface de la masse d'oxydes en surfusion sur le grenat au cours de la croissance, en vue d'obtenir à la surface de la rondelle une croissance essentiellement uniforme du film. L'un des buts de la présente invention est de trouver une technique perfectionnée d'épitaxie en phase liquide pour la réalisation de composites formés d'un substrat de grenat et d'un mince film magnétique. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description détaillée qui va suivre, faite en regard du dessin annexé sur lequel: - la figure 1 représente un appareil qui convient à la mise en oeuvre de la présente invention.; et - la figure 2 est une représentation plus détaillée d'une portion de l'appareil de la figure 1. Dans la mise en pratique de la présente invention, on utilise une masse fondue d'une matière formant un film magnétique comprenant au moins deux éléments différents sous la forme d'oxydes qui réagissent en formant un film caractérisé par une ordination magnétique. On utilise avantageusement une masse fondue contenant des oxydes du grenat apte à former un film magnétique de grenat doué d'anisotropie uniaxiale comme décrit dans le brevet des Etats- Unis d'Amérique NO 3 837 911 précité, par exemple une composition de grenat contenant au moins deux cations, ordinairement deux ions de terres rares dans le site dodécaédrique, ayant avantageusement la stoechiométrie nominale générale de Y3Fe5012. Des exemples de compositions convenables pour la formation de films, comme indiqué dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique NI 3 837 911 précité, sont donnés ci-après: Gd2,34 Tb0,66 Fe512 Gd2,325Tb 0,383Eu0,09 9Fe512 Er2EuGa7Fe4,3012 Gd2,1OTbo0gFe5o12 Gd2, 79 Tb0,21 Fe5 12 Gd2 70Nd0, 30Fe5O12 Yl02Gd,200Al0,33 Fe4,67 12 Y1, 03Gd, 29Yb,68A10,7Fe4,3012 Y1, 75Gd1 0oEu 0,25A10 6Fe4,4012 Une composition appréciée du film, sur la base des indications données ci-dessus, est modifiée avec du calcium et du germanium et comprend du samarium, du thulium et du lutétium. Des exemples de compositions sont donnés ci- après: 462Sm,28CaO,94LuO,3183 (u0,02Fe1,958Ge0,02) (Fe2,08e0,92)0 12 par fusion d'un mélange d'oxydes des éléments respectifs. Outre les compositions de films pour grenat indiquées ci-dessus, d'autres compositions convenables pour films sont des ferrites hexagonales, par exemple: Ba Sm2Fel2022, Ba FeI2 9 et des spinelles ferritiques 9+ F12O19 2 Me Ga204, Me2+ La204, Me2+FeO o Me 2+est Mg, Ni, ou Cu. Un substrat en grenat sur lequel le film magnétique est produit est une rondelle de grenat (111) ou (100) dont la constante réticulaire concorde bien avec celle du film à la température ambiante, comme décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique NO 3 897 911 précité; les substrats préférés, également décrits dans ce dernier brevet, sont Gd3Ga5012 et Nd3Ga5012, d'autres substrats convenables sont Sm3Ga5012, Eu3Ga5012, Gd3In2Ga3012, Gd3Sc2Ga3012. En présence d'un substrat convenable, par exemple une rondelle (111) de grenat au gadolinium et au gallium Gd3Ga5Ol12 (GGG) et d'une masse en surfusion, par exemple une composition appréciée de grenat décrite cidessus en solution avec un fondant tel que PbO ou Bi203, à une température de 960eC, la rondelle est immergée dans la masse en surfusion dans des conditions isothermiques, la surface plane de la rondelle immergée destinée à recevoir le film étant parallèle à la surface de la masse fondue et étant mise en rotation dans un plan parallèle à la surface de la masse fondue. La croissance du film a lieu sur cette surface de la rondelle de GGG immergée et lorsqu'une croissance nominale désirée du film a été obtenue, par exemple de 3 micromètres, la rotation de la rondelle est arrêtée et cette dernière est maintenue stationnaire pendant une période de 0,5 à 50 secondes. Lorsque la rotation est arrêtée, il n'y a qu'un très léger accroissement d'épaisseur du film, par exemple de 1,0 à 80,0 nanomètres. La composition du film qui croit très légèrement cependant que la rondelle est arrêtée diffère de la composition obtenue pendant la rotation, compte tenu de la modification des conditions de croissance. Le changement de composition est très faible et il ne peut pas être déterminé directement, mais il est mis en évidence par l'accroissement d'anisotropie magnétique qui en est la conséquence. Après la période stationnaire, la rondelle est retirée -de la masse fondue, le film qui s'est formé au cours de la rotation est doué d'anisotropie directionnelle dans une direction perpen- diculaire à sa surface, c'est-à-dire à la surface du substrat, et la légère croissance qui a lieu pendant la période stationnaire est douée d'anisotropie directionnelle dans sa composition, dans la même direction, et améliore grandement l'anisotropie des propriétés magnétiques dans la direction en question. Le composite obtenu formé du substrat de grenat et du mince film magnétique est caractérisé par une élévation -du facteur de qualité, qui est une mesure de la stabilité de bulle dans le film, grâce à une amélioration de la constante d'anisotropie uniaxiale Ku. Le facteur de qualité Q pour un film est directement proportionnel à la constante d'ani- sotropie Ru du film et il est défini par l'équation bien connue ci-après Q = Ku (27rMs) 2 o Ru est la constante d'anisotropie du film Ms est la magnétisation à saturation du film. Pour une meilleure compréhension de l'invention, on se référera à la figure 1 du dessin annexé sur laquelle un substrat 10 en grenat, par exemple une rondelle GGG circulaire de 0,508 mm d'épaisseur, 76,2 mm de diamètre, d'orientation , est disposé dans un support 20 en fil de platine dont l'illustration détaillée ressort de la figure 2. Un support 20 est fixé à une tige d'aluminium 30 qui est accouplée à un dispositif classique de cristallisation progressive, non représenté, qui peut être actionné de manière à faire monter et descendre et à faire tourner le support 20 et le substrat 100 Ce dernier est disposé dans un four 40 du type à résistance, par exemple un four "Minibrate" de la firme Thermco Products Corp., qui comprend une enveloppe 50 refroidie à l'eau supportée par une plaque d'alumine 60 et entourant des tubes concentriques 70, 80 d'alumine et un piédestal 90 en alumine. Une isolation céramique, par exemple en "Fiberfrax" (marque déposée de la firme Carborundum Co.", est prévue dans l'espace 100 sous le piédestal d'alumine 90, en vue d'assurer la protection thermique. Un creuset 110 de platine est posé sur le piédestal 90 et plusieurs chicanes concentriques 120 en platine, séparées et supportées par des tubes concentriques , 140 en alumine, servent à aligner les chicanes de platine. Lorsque le four 40 est mis en marche, une zone isotherme 150 est établie dans le tube d'alumine 80, par exemple à 960WC. Une masse fondue convenable 160 formée d'oxydes et d'un fondant, par exemple le système grenat- PbO:B203, est produite dans le creuset 100. La masse fondue est maintenue à la température de la zone isotherme 150. Un substrat 10 en grenat est disposé dans la zone isotherme 150 au-dessus de la surface de la masse fondue 160, ses surfaces planes étant parallèles à la surface de la masse fondue, et la température de la rondelle est établie à la température de la zone isotherme 150. Le substrat 10 est mis en rotation dans un plan parallèle à la surface de la masse fondue, par exemple à une vitesse de 10 à 500 tr/min, les plus grandes vitesses de rotation étant utilisées avec les rondelles de petit diamètre, par exemple de 25,4 mm, et les faibles vitesses étant utilisées avec des rondelles de grand diamètre, atteignant par exemple 10,16 cm. La rotation peut être oscillante, par exemple un ou plusieurs tours dans le sens des aiguilles d'une montre et en sens inverse, avec inversion quasi instantanée du sens de rotation, c'est-à- dire que la rotation de la rondelle est inversée en moins d'environ 10 microsecondes. Le substrat est abaissé et immergé dans la masse fondue 160, sans que la rotation soit interrompue. La croissance d'un film magnétique à partir de la masse fondue sur la surface plane du substrat de grenat, habituellement dans la plage de 0,4 à 1,0 micromètre par minute, peut être prédite sur la base de la conception et de la performance connue d'un appareil équipé d'un four; elle est normalement de 0,5 micromètre par minute. Lorsqu'une croissance nominale prédéterminée désirée du film a été obtenue, par exemple 3 micromètres,- ce qui convient pour supporter des bulles magnétiques, la rotation du substrat 10 est arrêtée et le composite film-substrat est maintenu au repos dans la masse fondue 160 pendant 0,5 seconde ou davantage, avantageusement pendant environ 12 secondes. La durée de la période de repos est la durée suffisante pour améliorer l'anisotropie magnétique par suite de la très lente croissance additionnelle du film au cours de la période de repos. Une certaine amélioration peut être obtenue en une demi- seconde environ, une période d'environ 10 à 20 secondes étant suffisante pour l'obtention d'une amélioration sensible, l'amélioration étant pratiquement négligeable après environ 50 secondes; une période de repos de plus de 5 minutes pourrait conduire à une germination indésirable à partir de la masse fondue. Pendant que le substrat est au repos, il n'y a pas d'autre accroissement appréciable de l'épaisseur du film; toutefois, un film très mince de composition légèrement différente de celle du film produit pendant la rotation est formé au cours de la période de repos. Après cette période, le composite formé par la rondelle et le film est retiré de la masse fondue et remis en rotation à 300 tr/minute pendant 3 minutes, puis retiré de l'appareil. Le film magnétique du composite résultant formé du film de grenat et du substrat a une anisotropie uniaxiale et il est capable de servir de support à des bulles de stabilité améliorée par suite de l'amélioration de la constante Ku d'anisotropie uniaxiale. D'autres détails de la présente invention ressortent des exemples suivants. EXEMPLE 1 Une masse fondue pesant environ 6000 g ayant la composition indiquée cidessous est produite dans un creuset en platine de 1,27 mm d'épaisseur, mesurant 10,16 cm de diamètre intérieur sur 15,24 cm. Y203, 17,071 g Sm203, 5,58 g Lu203, 11,938 g CaO, 33,97 g GeO2, 77,4337 g Pe203, 487,7 g B203, 105,18 g PbO, 5057,88 g Le creuset contenant la masse fondue est chauffé par un four à résistance qui maintient une zone isotherme à une température de 9600 autour du creuset. Un substrat de 0, 508 mm d'épaisseur et 76,2 mm de diamètre, en GGG , est maintenu par une monture dans un plan parallèle à la surface de la masse fondue contenue dans le creuset et disposé au-dessus de la surface de la masse fondue dans une zone isotherme en vue de son chauffage à la température de ladite zone. Le substrat chauffé est mis en rotation à tr/min (2 tours dans le sens des aiguilles d'une montre, puis 2 tours en sens inverse avec un temps d'inversion de moins de 10 microsecondes) dans un plan parallèle à la surface de la masse fondue contenue dans le creuset et, pendant sa rotation, le substrat est abaissé et immergé dans la masse fondue. La rotation est poursuivie alors que le substrat est immergé dans la masse fondue, pendant une période suffisante pour faire croître un film de 3 micromètres d'épaisseur de Y LuCa (Fe2J(Fe2Ge)O12 à la surface -3 3 déterminée-et la valeur obtenue est égale à 1,19 x 10 J/cm EXEMPLE 2 On suit le mode opératoire de l'exemple 1, à la différence que la rotation du substrat immergé est continue et qu'elle n'est pas interrompue. La valeur de Ku est trouvée égale à 1,68 x 10-3J/cm3. En comparant la valeur de Ku de l'exemple 1 conforme à l'invention avec la valeur obtenue dans l'exemple 2, on peut voir qu'une élévation notable de Ku est obtenue par la mise en oeuvre de la présente invention, ce qui signifie un accroissement substantiel de l'anisotropie induite par la croissance dans le film sans perturbation des mobilités des bulles magnétiques comme dans le cas d'un film de grenat renfermant de fortes concentrations de samarium et de thulium. REVENDICATIONS 1. Procédé perfectionné de croissance d'un film magnétique sur un substrat de grenat (10), dans lequel un substrat (10) de grenat d'une première composition est immergé et mis en rotation dans une masse fondue (160) d'une composition différente comprenant au moins deux oxydes différents qui forment un film caractérisé par une ordination magnétique dans un plan sensiblement parallèle à la surface de la masse fondue (160) et est retiré de cette dernière lorsqu'un film d'épaisseur convenable a été produit par croissance sur le substrat (10), caractérisé en ce qu'il consiste à maintenir le substrat immergé (10) immobile dans la masse fondue (160) après qu'une épaisseur correcte de film a été produite par croissance sur le substrat (10), pendant une période d'environ 0,5 seconde à 5 minutes. 2. Procédé suivant la revendication 1, caracté- risé en ce que le substrat (10) immergé est maintenu immobile pendant environ 0,5 à 50 secondes. 3. Procédé suivant la revendication 1, caracté- risé en ce que le substrat immergé (10) est maintenu immobile pendant environ 10 à 20 secondes.