Brevet FR2587734A1 — publié le 19870327

La présente invention concerne une pellicule de grenat pour un dispositif de mémoire à bulles magnétiques et plus particulièrement une pellicule de grenat pour un dispositif de mémoire à bulles magnétiques, convenant pour retenir de fines bulles magnétiques possédant un diamètre d'environ 0,4 pm ou moins, et un procédé pour fabriquer une telle pellicule. Comme pellicules de grenat comportant des bulles d'un diamètre de 0,4 pm ou moins, on connaît des pellicules ayant pour composition (BismLu)3(Fesc)sol2 et analogues (demande de brevet japonais- non examinée; publiée, N 72707/84). Afin d'obtenir la présence stable de bulles magnétiques, il est nécessaire d'avoir une énergie (Ku) d'anisotropie uniaxiale. Cette énergie Ku est l'énergie nécessaire pour orienter l'aimantation spontanée (Ms) perpendiculairement à une pellicule de grenat pour les bulles et peut etre représentée par la relation suivante : Ku = - Ms.Hk (1) 2 dans laquelle Hk désigne un champ magnétique (champ magnétique d'anisotropie), ce champ Hk étant effectivement ajouté à Ms.Comme paramètre servant à indiquer un facteur de qualité des bulles, .on utilise le facteur de qualité (Q) représenté par la relation suivante Hk Q = 4#Ms (2) Lorsque la valeur de Q est trop faible, la direction d'aimantation spontanée devient instable et il apparaît des erreurs comme par exemple la nucléation de bulles indésirables, en raison d'une légère variation du champ magnétique extérieur. Afin d'empêcher ce phénomène, on a principalement utilisé une pellicule de grenat, dans laquelle la valeur de Q est égale à 2 ou plus, dans un dispositif utilisant des bulles possédant un diamètre de 1 rm ou moins. Afin de réduire les dimensions des bulles de ma niera à développer des mémoires a bulles magnétiques à haute densité, on sait qu'il faut donner un valeur élevée à l'aimantation Ms de la pellicule de grenat destinée à former les bulles. Afin de conserver une valeur constante au facteur de qualité Q, il faut que le champ Hk soit élevé lorsque l'on considère la relation (2). C'est pourquoi lorsque l'on diminue les dimensions des bulles, il est nécessaire d'accroître la valeur de l'énergie Ku en tenant compte de la relation (1). Dans la pellicule de grenat possédant des bulles d'un diamètre de 0,4 pm ou moins et présentant la composition mentionnée précédemment, correspondant à (BiSmLu)3(FeSc)5O12 on sait que l'énergie d'anisotropie uniaxiale est produite sous l'effet de Bi3+, Sm3+ et Lu3+, qui sont présents dans un site dodécaédrique du grenat. Les auteurs à la base de la présente invention ont effectué des recherches en modifiant les quantités d'ions dans la pellicule de grenat possédant la composition mentionnée ci-dessus, mais ils n'ont pas obtenu une énergie d'anisotropie suffisante et il s'est avéré difficile de réaliser une pellicule de grenat dont le facteur de qualité Q ait pour valeur 2 ou plus. Un but de la présente invention est de fournir une pellicule de grenat pour un dispositif de mémoire à bulles dans lequel le diamètre des bulles est égal a 0,4 m ou moins et dans lequel la valeur du facteur de qualité est la même que dans des dispositifs classiques de mémoire à bulles. L'6nergie d'anisotropie uniaxiale d'une pellicule de grenat pour un dispositif de mémoire à bulles magnétiques varie dans une large mesure en fonction des éléments constituant le grenat. Les auteurs à la base de la présente invention ont effectué des recherches en vue d'accroître l'énergie d'anisotropie uniaxiale au moyen de l'adjonction de différents éléments à la pellicule de grenat indiquée dans la demande de brevet japonais non examinée, publiée sous le N 72707/84 et représentée par la formule RE3-xBixFe5-yMyO12 dans laquelle RE est au moins un élément choisi dans le grou- pe incluant Y, La, Sm, Tm, Yb et Lu ; et M est au moins un élé- ment choisi dans le groupe incluant Sc, In et Cr.Comme résultat, on a trouvé que l'énergie d'anisotropie uniaxiale augmente lorsque l'on dope le grenat mentionné ci-dessus à l'aide d'au moins un élément choisi parmi le groupe incluant le vanadium (V), le niobium (Nb), le tantale (Ta), le molybdène (Mo) et le tungstène (W). La présente invention fournit une pellicule de grenat monocristallin pour un dispositif de mémoire à bulles magnétiques formé sur un substrat constitué par un grenat monocristallin amagnétique, ladite pellicule de grenat possédant une composition représentée par la formule R3-u-xSmuBixFe5-y-zMy(1)Mz(11)O12 (3) dans laquelle R désigne au moins un élément contenant au moins du Lu et choisi dans le groupe incluant Y, La, Tm, Yb et Lu; M(I) est au moins un élément choisi dans le groupe incluant Sc, In et Cr ;M(II) est au moins un élément choisi dans le groupe incluant V, Nb, Ta, Mo et W ; et u, x, y et z possédant les valeurs suivantes 0,6 # u # 2,4 0,05 S ; S 0,5 O S y 5 0,4 0 La présente invention fournit également un proc6- dé pour fabriquer une pellicule de grenat pour un dispositif à bulles magnétiques formé sur un substrat constitué par un grenat monocristallin amagnétique, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser une croissance épitaxiale d'une masse fondue comprenant les oxydes des éléments constituant le grenat, dans un état sursaturé, et des oxydes formant flux, contenant du pbO comme composant principal, lesdits oxydes des éléments constituant le grenant étant R203, Sm2O3, Fe203, M2(I)O3 et M#(II)Om, parmi lesquels R2O3 est au moins un oxyde contenant au moins du Lu203 et choisi dans le groupe incluant Y203, La203, Tm2O3, Yb2O3 et Lu2O3 ; M2(I0O3 est au moins un oxyde choisi dans le groupe incluant Sc2O3, In2O3 ei Cr2O3 ; et M#(II)Om est au moins un oxyde choisi dans le groupe incluant V205, Nb203, Ta205, Mo03 et W03. D'autres caractéristiques et avantages de la pré- sente invention ressortiront de la description donnée ci-après prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 est un graphique montrant une relation entre les quantités de V et de Mo et un champ magnétique d'anisotropie - la figure 2 est un graphique montrant une relation entre les quantités de Nb, Ta et W et un champ magnétique d'anisotropie - la figure 3 est un graphique montrant une relation entre la quantité de V et la force coercitive. - la figure 1 est un graphique montrant une relation entre le champ magnétique d'anisotropie (Hk) et une quantité additionnelle (z) de V et de Mo ajoutée à (BiSmLu)3(FeSc)5 O12, pour l'obtention du (BiSmLu)3(FeSc)5-zVzO12 et du (BiSm Lu)3(FeSc)5-zMozO12. Comme représenté sur la figure 1, même si la quantité additionnelle de V et de Mo peut être très faible, on peut supposer un effet d'accroissement de Hk. L'induction de saturation (4rMs) de cette pellicule de grenat est égale à environ 0,2 Wb/m2 et la valeur de Q avant l'adjonction de V ou de Mo est égale à 1,6. Lorsque l'on ajoute du V, la valeur de Q devient égale à 2 ou plus, avec une addition de 0,02 ou plus en ce gui concerne z (une addition de 0,01 ou plus lorsqu'on ajoute du M9). L'effet de la présente invention est le plus remarquable lorsque l'on ajoute du V ou du Mo. On peut constater le même effet d'accroissement de l'aimantation Hk avec le Nb ou le Ta appartenant au même groupe Va du tableau de la classification périodique que V, ou bien avec W appartenant au mê- me groupe VIa du tableau de la classification périodique que Mo, comme représenté sur la figure 2. La figure 3 montre une relation entre la quantité de V et la force coercitive (Hc). Comme cela ressort clairement de la figure 3, la force coercitive Hc augmente lorsque la quantité de V augmente. On peut obtenir le même effet d'accroissement de Hc que dans le cas du V, lorsque l'on ajoute du Nb, du Ta, du Mo ou du W à la place de V. Afin d'obtenir une force coercitive Hc égale à 238,7 A.t/m ou moins, laquelle valeur est utilisable dans un dispositif de mémoire à bulles, il est nécessaire que la gravité additionnelle (z) soit égale à 0,2 ou moins. Ainsi la quantité additionnelle (z) se situe dans la gamme0 Conformément à la présente invention, les quantites de Sm, Ti et au moins de l'un des éléments Sc, In et Cr, qui remplace le Fe dans un site octaédrique, sont des paramètres importants en plus de l'adjonction d'au moins l'un des éléments V, Nb,, Ta, Mo et W.Les auteurs à la base de la pré- sente invention ont étudié les propriétés de pellicules de grenat possédant la composition représentée par la formule R3-u-xSmuBixFe5-y-zMy(I)Mz(II)O12 (3) dans laquelle R est au moins un élément contenant au moins du Lu et choisi parmi le groupe incluant Y, La, Tm, Yb et Lu M(I) est au moins un élément choisi parmi le groupe incluant Sc, In et Cr ; M(II) est au moins un élément choisi dans le groupe incluant V, Nb, Ta, Mo et W, avec différentes valeurs pour u, x, y et z.Comme résultat, on a trouvé que l'on obtenait de bons résultats lorsque u, x, y et z possèdent les valeurs situées dans les gammes suivantes 0s6 S u # 2,4 0,05 S X s 0 > 5 0 # y # 0,4 0 Lorsque la quantité de Sm (u) est inférieure à 0,6, l'énergie d'anisotropie uniaxiale du grenat en tant que maté riau de base avant l'adjonction de M(II) devient faible et il est difficile d'obtenir pour Q la valeur 2 ou plus, même si l'on ajoute du V. Ceci s'applique également de la même ma nière lorsque u est supérieur à 2,4.Lorsque la quantité de Bi (x) est inférieure à 0,05, la rotation de Faraday devient faible et il devient difficile d'observer des bulles poss6- dant un diamètre de 0,4 m ou moins. Lorsque la valeur de x est supérieure à 0,5, il devient difficile d'obtenir une pellicule de grenat possédant une bonne aptitude à la cristallisation. Lorsque la quantité (y) de l'élément de substitution (Sc, In, Cr) dans le site octaédrique est supérieure à 0,4, il devient difficile de réaliser des dispositifs de mémoire possédant une gamme étendue de températures de fonctionnement, par suite de la réduction de la température de Curie de la pellicule de grenat. En outre, afin d'obtenir une énergie d'anisotropie uniaxiale plus importante, il est préférable de choisir comme teneur de Lu dans le R de la formule (3), 90 8 en moles ou plus. Afin de réaliser la pellicule de grenat conforme à l'invention, il est nécessaire d'ajouter au moins un oxyde de V, Nb, Ta, Mo et W à une masse fondue utilisée pour exécuter une épitaxie en phase liquide et incluant des oxydes formant flux contenant du PbO comme composant principal, et du R2O3, Sm2O3, Bi2O3, Fe2O3 et M2 (I)O3, parmi lesquels R2O3 est au moins un oxyde contenant au moins du Lu2O3 et choisi dans le groupe incluant Y203, La203, Tm203, Yb203 et Lu2O3 @ et M2 (I)O3 est au moins un oxyde choisi parmi le groupe incluant Sc2O3, In2O3 et Cr2O3.Les oxydes pour l'addition sont repré sentés par la formule : M#(III)Om, et l'on obtient de bons résultats lorsque l'on utilise au moins un oxyde choisi dans le groupe incluant V205, Nb205, Ta205, Mo03 et WO3. Lorsqu'on utilise des oxydes autres que ceux mentionnés ci-dessus, comme par exemple VO, NbO, NbO2, TaO, TaO2, MoO2, W02 etc, il est difficile d'obtenir des pellicules de grenat possédant de bonnes propriétés, avec une bonne reproductibilité, en raison de l'instabilité existant à une température élevée d'environ 800 C pour l'exécution de la croissance épitaxiale en phase liquide de ces oxydes. La présente invention est illustrée au moyen des exemples suivants Exemple 1 On a fabriqué une pellicule de grenat possédant une composition telle que représentée dans l'échantillon N"1 du tableau 1, sur un plan d'orientation (111) d'un substrat en Nd2Ga5012 au moyen d'un procédé d'épitaxie en phase liquide, dans les conditions utilisées habituellement. Le facteur de qualité Q de cette pellicule était égal à 1,63. Lorsque l'on a ajouté 0,04 (atomes/unité de la formule) de V à la composition de l'échantillon N 1, on a accru l'énergie d'anisotropie uniaxiale comme représenté pçurl'Echantillon N 2 dans ie tableau 1. Le diamètre des bulles a légèrement augmenté, mais était inférieur à 0,4 um ou moins. Lorsque l'on a ajouté 0,02 (atome/unité de la formule) de Mo à la composition de l'échantillon N 1, on a accru l'énergie d'anisotropie uniaxiale comme cela est indique pour l'échantillon N 3 dans le tableau 1, et la valeur de Q est passée à 2,09. TABLEAU 1 Induction à Chemp d'ani- Energie d'anisotro- Factsur Epaisseur Diamètre N de la satura- sotropie pie uniexiale de qualité de la pel- des l'échantil- Composition de la pellicule tion Hk Ku @ licule bulles lon 4#Ms (x 79,577 A ( x 10-2 j/cm2) h d (x10-4Wb/m2) t/m) ( m) ( m) Lu1,2Sm1,6Bi0,2 1 2010 3280 2,62 1,63 0,36 0,36 Fe4,9Sc0,1O12 Lu1,2Sm1,6Bi0,2 2 1990 4200 3,33 2,11 0,36 0,38 Fe4,86Sc0,1V0,04O12 Lu1,2Sm1,6Bi0,2 3 2000 4180 3,33 2,09 0,36 0,37 Fe4,88Sc0,1Mo0,02O12 Exemple 2 On a fabriqué différentes pellicules de grenat contenant du V, Nb, Ta, Mo et W comme indiqué dans le tableau 2 sur des substrats en Nd3Ga5012, dans des conditions utilisées de façon classique. L'énergie d'anisotropie uniaxiale de ces pellicules était plus élevée que dans le cas ou ces pellicules ne contenaient pas de V, Nb, Ta, Mo et W. Le facteur de qualité Q était égal à 2 ou plus dans tous les cas. TABLEAU 2 Induction à Champ dan Energie d'anisotro- Facteur Epaisseur Diamètre N de la satura- sotropie pie uniaxiele de quali- de la pel- des l'échantil- Composition de la pellicule tion Hk Ku té Q licule bulles lon 47(Ms (x79,577 A. (x 10-2 J/cm3) h d ( m) ( x10-4Wb/m@ t/m) ( m) Lu1,3Sm1,5Bi0,2 4 1980 4210 3,32 2,13 0,35 0,37 Fe4,85In0,05O12 Lu1,2Sm1,5Bi0,3 5 1990 4130 3,27 2,08 0,35 0,36 Fe4,88Cr0,1V0,02O12 La0,1Lu1,2Sm1,@Bi0,1 6 2000 4160 3,31 2,08 0,36 0,37 Fe4,87Sc0,1V0,03O12 Yb0,1Lu1,1Sm1,3Bi0,5 7 1960 3980 3,10 2,03 0,36 0,34 Fe4,72Sc0,2V0,08O12 Y0,1Lu1,1Sm1,3Bi0,5 8 1960 3980 3,10 2,03 0,36 0,33 Fe4,72Sc0,2V0,08O12 Tm0,1Lu1,1Sm1,4Bi0,4 9 1920 4260 3,25 2,22 0,35 0,38 Fe4,88Sc0,1V0,02O12 TABLEAU 2 (suite) Lu1,2Sm1,3Bi0,5Fe4,61 10 1980 1990 3,14 2,02 0,37 0,32 Sc1,35V0,04O12 Lu1,2Sm1,3Si0,5Fe4,81 11 1940 4320 3,33 2,23 0,36 0,39 Sc0,04V0,15O12 Lu1,1Sm1,7Bi0,2 12 1910 4520 3,44 2,37 0,32 0,42 Fe4,37V0,03O12 Lu1,1Sm1,7Bi0,2 13 1970 4450 3,49 2,26 0,32 0,40 Fe4,58Sc0,02O12 Lu1,3Sm1,5Bi0,2Fe4,85 14 1990 4300 3,41 2,16 0,35 0,37 Sc0,1V0,03Mo0,02O12 Lu1,2Sm1,6Bi0,2 15 1980 4100 3,23 2,07 0,36 0,38 Fe4,54Sc0,1Nb0,06O12 Lu1,2Sm1,6Bi0,2 16 1970 4010 3,14 2,04 0,36 0,38 Fe4,83Sc0,1Ta0,07O12 Lu1,2Sm1,6Bi0,2 17 1980 4060 3,20 2,05 0,36 0,38 Fe4,86Sc0,1Mb0,04O12 Conformément à la présente invention, l'énergie d'anisotropie uniaxiale ou le champ magnétique d'anisotropie peut être accru d'environ 40 % au maximum dans les pellicules de grenat comportant des bulles d'un diamètre de 0,4 12m ou moins. De ce fait on peut maintenir a 2 ou plus a valeur du facteur de qualité Q. REVENDICATIONS 1. Pellicule de grenat pour un dispositif à bulles magnétiques formé sur un substrat formé d'un grenat monocristallin amagnétique, caractérisée en ce que ladite pellicule de grenat est une pellicule formée d'un grenat monocristallin, possédant la composition représentée par la formule : R3-u-xSmuBixFe5-y-zMy(I)Mz(II)O12 (3) dans laquelle R désigne au moins un élément contenant au moins du Lu et choisi dans le groupe incluant Y, La, Tm, Yb et Lu; M ) est au moins un élément choisi dans le groupe incluant Sc, In et Cr ;M(II) est au moins un élément choisi dans le groupe incluant V, Nb, Ta, Mo et W ; et u, x, y et z possèdent les valeurs suivantes : 0,6 S u S 2.4 0,05 S ; S 0,5 O S y s 0,4 i.0 2. Pellicule de grenat selon la revendication 1, caractérisée en ce que M(II) dans la formule (3) est au moins un élément choisi dans le groupe incluant V et Mo. 3. Pellicule de grenat selon la revendication 2, caractérisée en ce que R dans la formule (3) contient 90 % en moles ou plus de Lu. 4. Procédé pour fabriquer une pellicule de grenat pour un dispositif à bulles magnétiques formé sur un substrat constitué par un grenat monocristallin amagnétique, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser une croissance Epitaxia- le d'une masse fondue comprenant les oxydes des éléments constituant le grenat, dans un état sursaturé, et des oxydes formant flux, contenant du Pbo comme composant principal, lesdits oxydes des éléments constituant le grenat étant R203, Sm2O3, Fe2O3,M2(I)O3 et M#(II)Om, parmi lesquels R2O3 est au moins un oxyde contenant au moins du Lu203 et choisi dans le groupe in cluant Y@O@, la@o@, Tm@O@, Yb@O@ et Lu@O@ : M@(I)O@ est au @2@3, m203, Yb2 2 3 moins un oxyde choisi dans le groupe incluant Sc203, In2O3 et Cr203 ; et M#(II)Om est au moins un oxyde choisi dans le groupe incluant V205, Nb203, Ta205, Mo03 et WO3. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que M#(II)Om est au moins un oxyde choisi dans le groupe incluant V205 et Mo03.