(57)【要約】  本発明は、強磁性若しくはフェリ磁性の材料から成る層であって、該層は基板上に施されていて、強磁性若しくはフェリ磁性の材料内の磁区パターンの調整のための少なくとも１つの細長いスリットを備えており、スリットの深さは層の厚さに相当しており、スリットの幅は前記材料の置換長さよりも大きくなっており、スリットは層の縁と接触しないように配置されている。さらに本発明は、前記層の形成のための方法、及び磁気電気式の構成部材若しくはスピントロニック式の構成部材への該層の使用にも関する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
強磁性若しくはフェリ磁性の材料から成る層（１０）であって、該層は基板上に施されていて、強磁性若しくはフェリ磁性の材料内の磁区パターンの調整のための少なくとも１つの細長いスリットを備えており、前記スリットの深さは前記層の厚さに相当しており、前記スリットの幅は前記材料の置換長さよりも大きくなっており、前記スリットは前記層の縁と接触しないように配置されていることを特徴とする、強磁性若しくはフェリ磁性の材料から成る層。
【請求項２】
電流若しくは電圧を導くようになっていない導体路は、少なくとも１つのスリットによって案内されている請求項１に記載の層。
【請求項３】
前記層の縁は方形を成しており、少なくとも１つのスリットの縦軸線は前記方形の相対する２つの縁に対して平行に配置されている請求項２に記載の層。
【請求項４】
少なくとも１つのスリットの長さは、層の、該スリットの縦軸線に対して平行に位置する１つの辺の長さの０．１乃至０．８５倍である請求項３に記載の層。
【請求項５】
前記層の厚さは１０ｎｍ乃至１０μｍである請求項１から４のいずれか１項に記載の層。
【請求項６】
前記層と基板との間に別の少なくとも１つの層を配置してある請求項１から５のいずれか１項に記載の層。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の層の形成のための方法において、層を薄膜形成法によって形成し、少なくとも１つのスリットを、イオンビームエッチング、プラズマビームエッチング、反応式のイオンエッチング、湿式の化学的なエッチング若しくは物理的なエッチングによって形成することを特徴とする、層の形成のための方法。
【請求項８】
前記層に付加的な熱処理を行う請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記層に外部から磁場を付加的に作用させる請求項７又は８に記載の方法。
【請求項１０】
請求項１から６のいずれか１項に記載の層の使用方法において、該層を磁気電気式の構成部材若しくはスピントロニック式の構成部材に用いることを特徴とする層の使用法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、強磁性若しくはフェリ磁性の薄い層若しくは薄膜層、及び該層の形成のための方法に関する。
【０００２】
能動式若しくは受動式の電子構成素子（電子構成部材若しくは電子構成部品）は、強磁性若しくはフェリ磁性の薄膜層・構成要素を含んでいるものもあり、該構成要素は構成素子若しくは構成部品の重要な機能を生ぜしめるものである。強磁性若しくはフェリ磁性の構成要素若しくは薄膜層の機能の保証のために、有利には特別に規定された若しくは所定の形状に規定された磁気的な磁区パターン（ドメインパターン）を形成するようになっている。薄い層内に自発磁化によって形成される磁区パターンは、散乱磁気若しくは散乱磁場の最小化に左右される。多くの場合に材料特性は層全体にわたって一定ではなく、磁区パターンの調整は不可能である。
【０００３】
磁区パターンの調整並びにその空間的及び時間的な安定化は、特に高周波技術の領域、センサー、記録媒体及びエレクトロニクスの領域における磁気電気式若しくはスピントロニック式の構成部材のための重要な条件である。
【０００４】
欧州特許出願公開第１１６８３８３Ａ１号明細書及び米国特許第６５２９１１０Ｂ２号明細書には、磁気的なマイクロ構造体を個別の領域に区分けすることが記載されている。このために、１つのコイル内に配置された長尺の磁気的な薄膜層コアは、直方体状若しくは方形の複数の領域に分割されており、この場合に薄膜層コアの分割はコイル軸線に対して垂直に行われている。この場合には欠点として、構造体の完全な分離は磁区パターンの不安定性につながり、該磁区パターンの形成は外側の幾何学形状に依存していて、直接には調整されないものになっている。
【０００５】
本発明の課題は、強磁性若しくはフェリ磁性の層、及び該層の成形のための方法、並びに該層の使用方法を提供し、従来技術の欠点及び制限を避け、若しくは使用範囲を拡大できるようにすることである。特に強磁性若しくはフェリ磁性の層を成形して、該層内で磁区パターン若しくはドメインパターンを大きく調整できるようにしたい。
【０００６】
前記課題は、請求項１に記載の構成、請求項７に記載の手段及び請求項１０に記載の使用方法によって解決されるようになっている。
【０００７】
本発明の思想は、強磁性若しくはフェリ磁性の薄膜層に細長い１つ若しくは複数のスリットを設けることによって、磁区パターンの形成若しくは規定に影響を及ぼす、つまり磁区パターンを調整できることによるものである。磁区パターンの調整は、本発明に基づく層を有する構成要素の磁化に依存した機能にとって重要な手段である。細長いスリットを備えた層は、磁区壁運動の著しい阻止に基づき磁気の直線的な進行を可能にするものである。本発明では、強磁性若しくはフェリ磁性の材料から成る層に、該層に形成される磁区パターンを適切に調整若しくは規定するために少なくとも１つの細長いスリットを設けてある。
【０００８】
所期の方向と異なる方向に磁化される磁区並びに磁区壁は、例えば交番磁界内の移動運動による損失の大きな領域を成している。スリットのない層は、磁区壁（ドメイン壁）が長くかつ効果のない方向へ磁化されたドメイン領域が大きな磁区パターンを生ぜしめている。本発明に基づくスリットによって、有効な方向に磁化された、つまり所期の方向に磁化された領域は著しく拡大され、かつ磁区壁容積は減少され、ひいては磁区壁運動も減少されている。ドメインの磁化若しくは磁気の所期の配向を可能にしている。
【０００９】
強磁性若しくはフェリ磁性の材料から成る本発明に基づく層は、直接に基板若しくはサブストレート上に施されており、或いは、付加的な絶縁性の単数又は複数の中間層、若しくは半導体から成る単数又は複数の中間層、若しくは非導電性で強磁性又はフェリ磁性の単数又は複数の中間層、若しくはほかの強磁性若しくはフェリ磁性の単数又は複数の中間層を介して基板上に施されている。層の厚さは有利には１０ｎｍ乃至１０μｍである。
【００１０】
本発明に基づく層は、長尺に、つまり細長く形成されていて、したがって規定された仮想の１つの縦軸線（長手方向軸線）を有する単数若しくは複数のスリットを含んでいる。スリットの深さは層の厚さに相当しており、スリットの幅は、強磁性若しくはフェリ磁性の材料の置換長さよりも大きくなっており、置換長さは一般的に１０ｎｍ乃至１００ｎｍの範囲である。層の縁（層の面を画定する辺）まで延びて、層を複数の部分（区分）に分割してしまうようなスリットは設けられておらず、つまりスリットは、層の縁と接触しないように配置され、すなわち層の縁の手前で終わるように配置されている。電流若しくは電圧を導くようになっていない、つまり非通電用の導体路は、有利にはスリットによって案内されるようになっている。
【００１１】
スリットは有利には、層の幾何学形状、例えば長方形、正方形、帯若しくはテープの形、三角形、若しくはリング形状に適合された長さを有している。有利な実施態様では、層の縁（層の幾何学形状を画定する辺）は、長方形を成しており、スリットの縦軸線（スリットの長手方向の仮想の軸線若しくは中心線）は、長方形の相対する２つの辺（縁）に対してほぼ平行に位置している。この場合にスリットの長さは、層の該スリットの縦軸線に対してほぼ平行に位置する１つの辺（縁）の長さの０．１乃至０．８５倍、特に有利には０．２乃至０．７５倍である。
【００１２】
所定の領域内の隣接する各２つのスリット間の間隔は、材料及び層の厚さに依存し、かつ上限を該両方のスリット間の付加的なドメインの発生に基づき制限され、下限を追加のスリットにより占められる不活性の容積の増大に基づき制限される。スリット間の間隔は、所期の方向に対して横方向の磁化、つまり横方向磁化を複数のスリットにより減少させることと、層の表面の面積の、複数のスリットによる減少量を最小にすることとにとって最適な条件で選ばれると有利である。
【００１３】
本発明に基づく強磁性若しくはフェリ磁性の層の形成は、薄膜コーティング若しくは薄膜形成法によって行われる。このようにして形成された層は、微細加工技術によりパターン形成され、すなわち層内に１つ若しくは複数のスリットを切り込まれ、つまり設けられる。このために慣用の手段、例えばイオンビームエッチング、プラズマビームエッチング、反応式のイオンエッチング、ウエットエッチング、湿式の化学的なエッチング若しくは物理的なエッチング又は機械的な除去手段を用いることができる。パターン形成される部分若しくは層は、任意の幾何学形状、特に正方形、長方形、円形、楕円形若しくはリング状（環状）の形状を有していてよい。方形（正方形若しくは長方形）の層においては、少なくとも１つのスリットの縦軸線は方形の相対する２つの辺に対して平行に配置されている。
【００１４】
所期の磁区パターンは、適切な形状のスリットを用いることによって、若しくはスリットを適切に配列することによって自動的に、つまり付加的な熱処理を行うことなしに生ぜしめられる。有利な実施態様では、層を外部からの磁場の作用下で熱処理することによって、若しくは磁場の作用なしで熱処理することによって異方性を強く生ぜしめるようになっている。一般的には、本発明に基づく層のスリットの設けられている領域においては、層に熱処理を行うこと若しくは一軸の異方性を生ぜしめるための熱処理中に外部から磁場を作用させることは省略される。
【００１５】
本発明は、任意の幾何学形状の強磁性若しくはフェリ磁性の層における所定の磁区（磁気的なドメイン）の形成を可能にするものであり、層における所定の方向に磁化された部分（領域）の割合を増加させるようになっている。任意の幾何学形状の薄膜パターン内における所定のドメインの形成も可能である。これによって、磁区パターンにわたって磁性の層パターンの透磁率及び磁化特性の適切な調整を可能にしている。
【００１６】
本発明に基づく層は、磁気電気式の構成部材（構成エレメント）若しくはスピントロニック式の構成部材、殊に高周波技術の領域、センサー、記録媒体及びエレクトロニクスの領域への使用に適している。
【００１７】
次に本発明を、図示の実施例に基づき詳細に説明する。図面において、
図１は、強磁性若しくはフェリ磁性の１つの層の磁化の複数の例を概略的に示していて、図１ａは、従来技術に基づく、つまりスリットを備えていない強磁性若しくはフェリ磁性の層の自発磁化の後の平面図であり、図１ｂは、図１ａの層の外部からの磁場内での後続の熱処理の後の平面図であり、図１ｃは、本発明に基づくスリットを備えている強磁性若しくはフェリ磁性の層の自発磁化の後の平面図であり、
図２は、本発明に基づく強磁性若しくはフェリ磁性の１つの層内の磁化に対する、スリットの長さの変化による影響の複数の実施例（ａ乃至ｃ）と、スリットの長さ及び数の変化による影響の複数の実施例（ｄ乃至ｆ）とを示す概略的な平面図であり、
図３は、本発明に基づく種々の幾何学形状の強磁性若しくはフェリ磁性の１つの層のスリットの異なる配列の複数の実施例を示す概略的な平面図であり、この場合に図３のａは磁区の１軸配向の実施例であり、図３のｂは三角形配向の実施例であり、図３のｃは環状配向の実施例であり、
図４は、種々の形状のスリットを備えている別の幾何学形状の強磁性若しくはフェリ磁性の層の実施例を示す概略的な平面図である。
【００１８】
反応式のマグネトロンスパッタによって、強磁性若しくはフェリ磁性の材料FeCoTaNから成る薄い扁平な層１０を、幅が２０μｍ×２０μｍである正方形寸法の基板上に施してある。層１０の厚さは１００ｎｍであり、したがって層の正方形の１つの辺（縁）の長さ若しくは寸法の２００分の１である。このような層１０は、自発的に磁区パターンを形成しており、磁区パターン（磁区分布）は図１のａ）に複数の磁区１１，１２，１３，１４で示してある。この場合に、磁化の強さは互いに同じ大きさである。
【００１９】
層内の磁化を所定の方向で行うことは必要である。一軸異方性の場合においては、層の互いに隣接する各領域では磁化を互いに相対する２つの方向に行い、これに対して垂直な方向の磁化の量若しくは割合は極めて小さくされるようにしたい。このような要求は、所期の方向の磁区（領域）１１，１３の容積割合を増大させると共に、該磁区に対して垂直な方向の磁区１２，１４の容積割合を相応に減少させることによって達成される。
【００２０】
従来技術で行われているように外部の磁場内での層１０′の熱処理によっては、図１のｂ）に示してあるように、外部の磁場を遮断した後には、磁区１１，１３から磁区１１′，１３′への増大はわずかな量でしか行われていない。磁区１１′，１３′のさらなる増大（拡大）は公知の手段では不可能である。
【００２１】
強磁性の層１０″に、細長い１つのスリット２０を設けてあり、該スリットが磁区１１，１３内の磁化の方向に対して平行に延びている場合には、図１のｃ）に示してあるように、磁区１１，１３は、従来の手段による場合よりも大きく磁区１１″，１３″に増大（拡大）されている。これによって、所期（所定）の方向に磁化された磁区１１″，１３″の容積割合は、磁区１１，１３に比べて大きく増大しており、該磁区の磁化の方向に対して垂直な方向で、つまり所望されない方向で磁化される磁区１２″，１４″の容積割合は、磁区１２，１４に比べて相応に大きく減少している。
【００２２】
図２のａ）乃至ｃ）には、磁化される強磁性の層に設けられるスリット２０，２０′，２０″の長さを増大若しくは変化させることによる影響若しくは磁区調整の実施例を示してある。図面から明らかなように、各スリット２０，２０′，２０″の仮想の縦軸線に対して平行に配置され、つまり所期の方向に配向され、すなわち磁化される領域（磁区）の容積割合は、スリットの長さに伴って増大しており、これとは逆に、各スリット２０，２０′，２０″の仮想の縦軸線に対して垂直に配置された、つまり所望しない方向の配向若しくは磁化の領域の容積割合は、スリットの長さに伴って減少している。同じ効果は、図２のｄ）乃至ｆ）に示してあるように、互いに平行に配列されるスリット２０，２１；２０′，２１′，２２′；２０″，２１″，２２″，２３″の数を増大する場合にも認められている。
【００２３】
図３には、種々の幾何学形状の層の磁区の形成のためのスリットの本発明に基づく配置の種々の実施例を示してある。図３のａ）は、互いに平行に配列された７つのスリット２０，２１，２２，２３，２４，２５，２６によって形成された１軸配向を示しており、図３のｂ）は、３つの方向（放射状）に延びる１つのスリット３０によって形成された三角形配向（トライアングル配向）を示しており、この場合にスリットの延びる各方向はそれぞれ互いに約１２０°の角度を成し、つまり各方向に延びるスリット部分はそれぞれ互いに約１２０°の角度を成しており、図３のｃ）は、１つの円に沿って互いに並べて配置された多数のスリット２０，２１によって形成された環状配向（リング配向若しくは冠形配向）を示しており、各スリットの縦軸線は、前記円の中心点４０を基準としてそれぞれ半径方向に配置されている。
【００２４】
図４には、ドメイン若しくは磁区を任意のパターン若しくは幾何学形状で配列した実施例を開示してあり、任意の幾何学形状の層内の種々のスリットにより磁区を調整してある。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】強磁性若しくはフェリ磁性の層の磁化の実施例を示す概略的な平面図
【図２】層内の磁化に対する、スリットの長さの変化による影響の実施例並びにスリットの長さ及び数の変化による影響の実施例の概略的な平面図
【図３】幾何学形状の異なる層のスリットの異なる配列の実施例の概略的な平面図
【図４】別の幾何学形状の層の実施例の概略的な平面図
【符号の説明】
【００２６】
１０  層、  １１，１２，１３，１４  磁区、  ２０，２０′，２０″，２１，２１′，２２′，２２″，２３″
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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