DE2160164A1 - MAGNETOOPTIC MEMORY LAYER - Google Patents
MAGNETOOPTIC MEMORY LAYERInfo
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Description
SIRMENS AKTIENGESELLSCHAFT München 2, denSIRMENS AKTIENGESELLSCHAFT München 2, the
Berlin und München WittelsbacherplatzBerlin and Munich Wittelsbacherplatz
VPA «7·· /1V ! Λ ivVPA «7 ·· / 1 V! Λ iv
Die Erfindung bezieht sich auf eine magnetooptische Speicherschicht mit Mangan-Wismut.The invention relates to a magneto-optical storage layer with manganese bismuth.
Magnetοoptische Speicherschichten aus Mangan-Wismut sind bekannt. Wenn ein linear polarisierter Lichtstrahl auf die Sneichersch:cht auftrifft, wird die Polarisationsebene des Lichtes in Abhängigkeit von der Magnetisierung der Schicht gedreht. Dies gilt sowohl für das an der Schicht reflektierte als auch für das durch die Speicherschicht durchtretende Licht. Wird die Magnetisierung verschiedener Teilbereiche· der Mangen-Wismut-Schicht so vorgenommen, daß die Magnetisierung eine auf der Schicht gespeicherte Information darstellt, so schafft der sich ändernde Zustand der Polarisation einen Zugang zur optischen Ausv/ertung der Information.Magneto-optical storage layers are made of manganese bismuth known. When a linearly polarized light beam hits the Sneichersch: cht, the plane of polarization becomes Light rotated depending on the magnetization of the layer. This applies both to that which is reflected on the layer as well as for the light passing through the storage layer. If the magnetization of different sub-areas the manganese bismuth layer made so that the magnetization represents information stored on the layer, the changing state of polarization creates one Access to the visual evaluation of the information.
Ein Verfahren zur Herstellung von Mangan-Wismut-Schichten wird in der DOS 1 813 844 beschrieben.A process for the production of manganese-bismuth layers is described in DOS 1,813,844.
Bei der Verwendung von Mangan-Wismut-Schichten als magnetootisches Speichermaterial stelliB sich heraus, daß solche Schichten Nachteile haben. So führt das Curietemperatur-Schreiben bei Mangan-Wismut-Schichten der Tieftemperaturphase infolge der geringen Temperaturdifferenz zwischen der Curietemperatur (36O0C) und der Zersetzungstemperatur (445°C) leicht zur Zerstörung der Schichten. Die hohe Curietemperatur des Mangan-Wismut-Materials in der Tieftemperaturphase erfordert außerdem eine hohe Laserleistung zum Einschreiben der Information. Beim Einschreiben und beim raschen Abkühlen wird anWhen manganese-bismuth layers are used as magnetootic storage material, it turns out that such layers have disadvantages. Thus, the Curie temperature results in writing manganese-bismuth layers of the low-temperature phase due to the small temperature difference between the Curie temperature (36O 0 C) and the decomposition temperature (445 ° C) lightly to the destruction of the layers. The high Curie temperature of the manganese-bismuth material in the low-temperature phase also requires a high laser power for writing the information. When registered and when it cools down quickly, it turns on
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beschriebenen Stellen das Material der Mangan-Wismut-Schicht aus der Tieftemperaturphase teilweise in die Hochtemperaturphase umgewandelt, so daß die Schicht inhomogen wird. Die unterschiedliche Faradaydrehung der beiden Phasen ändert den Hell- Dunkelkontrast beim Auslesen, d.h. das Lesesignal wird geändert. Die Curietemperatur liegt bei Mangan-Wismut-Material in der Hochtemperaturphase bei 180°C. Schichten der Hochtemperaturphase wandeln sich jedoch bei Raumtemperatur mit der Zeit in die Tieftemperaturphase um.described places the material of the manganese-bismuth layer from the low-temperature phase partially into the high-temperature phase converted so that the layer becomes inhomogeneous. The different Faraday rotation of the two phases changes the Light-dark contrast when reading, i.e. the reading signal is changed. The Curie temperature is manganese-bismuth material in the high temperature phase at 180 ° C. Layers of the high temperature phase however, transform into the low-temperature phase over time at room temperature.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, die vorangehend beschriebenen Nachteile bei Mangan-Wismut-Schichten auszuschließen.An object of the invention is to provide those described above Eliminate disadvantages with manganese-bismuth layers.
, Diese Aufgabe wird durch eine magnetooptische Speicherschicht mit Mangan-Wismut gelöst, die erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß ein Anteil des Mangans durch wenigstens ein Übergangselement nach der Formel:This object is achieved by a magneto-optical storage layer with manganese bismuth, which is characterized according to the invention is that a portion of the manganese through at least one transition element according to the formula:
Mn1 χ χ χ Tx Tx ·*·Τχ Biz Mn 1 χ χ χ T x T x · * · Τ χ Bi z
substituiert ist, wobei ζ etwa im Bereich von 0,8 bis 1,2 liegt. Vorteilhafterweise ist als Substituent ein 3d-Ubergangselernent vorgesehen.is substituted, where ζ is approximately in the range from 0.8 to 1.2. A 3d transition element is advantageously used as the substituent intended.
Die durch die Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Hochtemperaturphase der erfindungs-. gemäßen magnetooptischen Schichten auch bei der vorgegebenen Betriebstemperatur im wesentlichen stabil ist. Beim Speichervorgang kann also die niedrige Curietemperatur der Hochtemperaturphase ausgenützt werden, ohne daß sich die Schicht innerhalb eines für den Speicherbetrieb bedeutsamen Zeitraumes in die Tieftemperaturphase umwandelt.The advantages that can be achieved by the invention are in particular in that the high temperature phase of the fiction. according to magneto-optical layers also with the specified Operating temperature is essentially stable. During the storage process, the low Curie temperature of the high-temperature phase can be used without the shift being shifted within a period of time that is significant for storage operation converts to the low temperature phase.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt in der Tatsache, daß die höhere Koerzitivfeldstärke der Hochtemperaturphase in Bezug auf die eingespeicherte Magnetisierung stabilere Bereiche als bei der Tieftemperaturphase gewährleistet.Another advantage of the invention lies in the fact that the higher coercive field strength of the high temperature phase in relation to the stored magnetization more stable areas than guaranteed in the low-temperature phase.
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Veitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus der Beschreibung und den Figuren bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung und ihrer Weiterbildungen hervor.Further details of the invention can be found in the description and the figures of preferred exemplary embodiments of the invention and their further education.
Figur 1 sseigt die Temperaturabhängigkeit der Faradaydrehung einer bekannten Mangan-Wismut-Schicht in der Tief- und in der Hochtemperaturphase.FIG. 1 shows the temperature dependence of the Faraday rotation of a known manganese-bismuth layer in the deep and in the high temperature phase.
Figur 2 zeigt die Temperaturabhängigkeit der FaradaydrehungFIG. 2 shows the temperature dependence of the Faraday rotation
einer Mn0 QoTin „DBi -Schicht nach der Erfindung in der Tief-U,o<i U, Io Za Mn 0 QoTi n " D Bi layer according to the invention in the deep U, o <i U, Io Z
bzw. Hochtemperaturphase.or high temperature phase.
Figur 3 zeigt Hystereseschleifen von erfindungsgemäßen ■ 1\ηΛ Ti Bi -Schichten unterschiedlicher Zusammensetzungen bei Raumtemperatur.FIG. 3 shows hysteresis loops of 1 \ η Λ Ti Bi layers of different compositions according to the invention at room temperature.
Als magnetooptische Mangan-Wismut-Speicherschichten werden erfindungsgemäß MehrkomponentenschichtenAs magneto-optical manganese-bismuth storage layers multicomponent layers according to the invention
angegeben, bei denen ein Anteil des Mangans der Mangan-Visrnut-Schicht durch wenigstens ein Element substituiert ist und vobei 7, etwa im Bereich von 0,8 bis 1,2 liegt. Als Substituenten kommen Elemente in Frage, deren Wertigkeit, Ionenradius und Elektronegativität der Wertigkeit, dem Ionenradius und der Elektronegativität des Mangans im wesentlichen ähnlich sind. Als Substituenten werden erfindungsgemäß die Übergangselemente angegeben.indicated in which a proportion of the manganese of the manganese-Visrnut layer is substituted by at least one element and vobei 7, approximately in the range from 0.8 to 1.2. Elements that can be used as substituents are those whose valency, ionic radius and electronegativity are essentially similar to the valency, ionic radius and electronegativity of manganese. According to the invention, the transition elements are specified as substituents.
Gemäß einer speziellen Auswahl nach der Erfindung wird durch Substitution eines Anteils des Mangans der Mangan-Wismut-Schicht durch ein 3d-Übergangselement eine Drei-Komponentensohlcht I/In-)_xiT x-]B:i-z angegeben, wobei ζ etwa im Bereich von 0,8 bis 1,2 liegt. Als 3d-übergangselemnte werden Vorzugs- ' weise die Elemente Scandium, Titan, Vanadium und Nickel * angegeben. According to a special selection according to the invention, a three-component base I / In -) _ x i T x -] B: i - z is specified by substituting a portion of the manganese of the manganese-bismuth layer by a 3d transition element, where ζ is approximately in the range from 0.8 to 1.2. The elements scandium, titanium, vanadium and nickel * are preferably specified as 3d transition elements.
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In der Fiur 1 ist die Abhängigkeit der Faradaydrehung einer Mangang-Wismut-Speicher'^hicht von der Temperatur dargestellt. Wird die Mangan-Wismut-Schicht von einer Temperatur, die größer als 36O°C ist, langsam abgekühlt, so entsteht die Tieftemperatur-•phase. Beim Abschrecken der Schicht bleibt die Hochtemperaturphase bestehen. Diese wandelt sich bei Raumtemperatur erfahrungsgemäß innerhalb von z.B. zwei Jahren in die Tieftemperaturphase um. Bei langsamer Erwärmung erfolgt die Rückumwandlung der Hochtemperaturphase in<i die Tieftemperaturphase etwa bei 1OO°C, wie aus der Figur 1 zu ersehen ist (strichpunktierte Linie).In figure 1 the dependence of the Faraday rotation is one Mangang-Bismuth-Storage '^ is not represented by the temperature. The manganese-bismuth layer is exposed to a temperature greater than 36O ° C, slowly cooled down, this creates the low-temperature phase. When the layer is quenched, the high-temperature phase remains. Experience shows that this changes at room temperature to the low-temperature phase within e.g. two years. With slow heating, the Conversion of the high temperature phase back into <i the low temperature phase at about 100 ° C., as can be seen from FIG. 1 (dash-dotted line Line).
In der Figur ? ist die Temperaturabhängigkeit der Faradaydrehunn einer erfindungsgemäßen MnQ ap^-n ^gBi -Schicht dargestellt. Wird diese Schicht von einer Temperatur größer als 36O°C innerhalb von etwa 30 min oder schneller auf Raumtemperatur abgekühlt, so bleibt die Hochtemperaturphase bestehen und zwar im Gegensatz zu der in Figur 1 dargestellten Temperaturabhängigkeit der bekannten Mangan-Wismut-Schicht. Die Rückumwandlung der Hochtemperaturphase in die Tiefteraperaturphase ist durch die erfindungsgemäße Substitution des Mangans der Mangan-Wismut-Schicht durch Titan ausgesdhaltpt bzw. cH.e Geschwindigkeit der Rückumwandlung um Größenordnungen verlängert worden. Die Curietemperatur der abgeschreckten Hochtemperaturphase liegt, wie aus der Figur 2 ersichtlich ist,In the figure ? the temperature dependence of the Faraday rotation of a MnQ ap ^ -n ^ gBi layer according to the invention is shown. If this layer is cooled from a temperature greater than 360 ° C. to room temperature within about 30 minutes or faster, the high-temperature phase remains, in contrast to the temperature dependence of the known manganese-bismuth layer shown in FIG. The reverse conversion of the high-temperature phase into the low-temperature phase has been prevented by the substitution according to the invention of the manganese of the manganese-bismuth layer by titanium or the rate of the reverse conversion has been lengthened by orders of magnitude. As can be seen from FIG. 2, the Curie temperature of the quenched high-temperature phase is
P für eine erfindungsgemäße MnQ go^-n -|8B;i"z~Sch^ch^ ^e*~ e^v'a 1?5°C. Die Curietemperatur dieser Schicht liegt also im Vergleich mit der Curietemperatur der reinen Mangan-Wismut-Schicht um etwa 55°C tiefer.P for a Mn Q go ^ -n - | 8 B; i "z ~ Sch ^ ch ^ ^ e * ~ e ^ v ' a 1? 5 ° C. The Curie temperature of this layer is therefore in comparison with the Curie temperature of the pure manganese-bismuth layer about 55 ° C deeper.
Figur 3 zeigt mit Hilfe.des Faradayeffektes bei Raumtemperatur aufgenommene Hystereseschleifen von Mn^ ^ Ti^Bi^-Schichten unterschiedlicher Zusammensetzung. An magnetooptische Speichermaterialien wird die Anforderung gestellt, daß die Koerzitivfeldstärke Hc so groß ist, daß die eingeschriebenen kleinen Domänen stabil sind. Wie aus der Figur 3 ersichtlich ist, ist die Koerzitivfeldstärke um so größer, je größer der Anteil des durch das Titan ersetzten Mangans der Mangan-FIG. 3 shows the Faraday effect at room temperature recorded hysteresis loops of Mn ^ ^ Ti ^ Bi ^ layers different composition. On magneto-optical storage materials, the requirement is made that the Coercive field strength Hc is so great that the inscribed small domains are stable. As can be seen from FIG. 3, the greater the coercive field strength, the greater Percentage of manganese replaced by titanium of the manganese
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Wismut-Schicht . ι.. Außerdem ist die Koerzitivf eidstärke von Schichten - r abgeschreckten Hochtemperaturphase bei kleiner Schiel·! Ucke größer als in Schichten der Tieftemperaturphase. Es ist daher besonders vorteilhaft abgeschreckte Mangan-Wismut-Schichten mit vorzugsweise hohen Titan-Gehalt zu verwenden, um beim Einschreiben der Information möglichst gleich große, einheitliche Bits zu erhalten.Bismuth layer. ι .. In addition, the coercive force of layers - r quenched high-temperature phase at little squint ·! Ucke larger than in layers of the low-temperature phase. It is therefore particularly advantageous to use quenched manganese-bismuth layers with a preferably high titanium content in order to obtain uniform bits of the same size as possible when writing the information.
Von magnetooptischen Speicherschichten wird gefordert, daß die Schreibtemperatur (Curietemperatur) so bemessen ist, daß die Energie, die zum Einschreiben der Information notwendig ist, nicht zu groß sein muß Die Curietemperatur der erfindungsgemäßen Speicherschichten liegt etwa im Bereich von 1000C bis 2000C. Beispielsweise beträgt die Curietemperatur der abgeschreckten Hochtemperaturphase der MnQ 32^0 -jgB^ 1?5°C Die magnetische Umwandlung bei dieser Temperatur i von zweiter Ordnung, sie zeigt keine Temperaturhysterese.Of magneto-optical storage layers it is required that the write temperature (Curie temperature) is dimensioned so that the energy that is necessary for writing the information does not have to be too large, the Curie temperature of the storage layers according to the invention is approximately in the range of from 100 0 C to 200 0 C. For example, the Curie temperature of the quenched high-temperature phase of the MnQ is 32 ^ 0 -jgB ^ 1? 5 ° C. The magnetic conversion at this temperature i is of the second order, it shows no temperature hysteresis.
Im folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung einer erfindung.sgemäßen Drei-Komponentenschicht beispielsweise Mn1 .Ti ^Bi Schicht beschrieben. In einem Verfahrensschritt wird auf eine Wismut-Schicht, die sich vorzugsweise auf einem Substrat aus Glimmer befindet, gleichzeitig aus zwei Verdampfungsquellen Titan und Mangan aufgedampft. Die Substrattemperatur betrug vorzugsweise während der gesamten Aufdampfung gleichbleibend 90 C. Vorzugsweise v/erden die Ofentemperaturen der Mangan- und Titanquellen vorzugsweise so eingeregelt, daß ein konstantes Verhältnis der Verdampfungsraten, entsprechend der gewünschten ' Zusammensetzung eingehalten werden. Die Dampfraten werden vorzugsweise mit Schwingquarzen gemessen. Das Vakuum während der Verdampfung beträgt vorzugsweise 8.10 Torr. In einem an die Verdampfung anschließenden Verfährensschritt wird die Drei-Komponentenschicht getempert. Vorzugsweise wird die Mn1-^1TIy1 Big-Schicht drei Stunden bei 35O0C und anschließend 16 Stunden bei 3000C getempert. Bei einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird 3 Stunden bei 35O0C undA method for producing a three-component layer according to the invention, for example Mn 1 .Ti ^ Bi layer, is described below. In a method step, titanium and manganese are simultaneously vapor-deposited onto a bismuth layer, which is preferably located on a substrate made of mica, from two evaporation sources. The substrate temperature was preferably 90 ° C. throughout the vapor deposition. The vapor rates are preferably measured with quartz oscillators. The vacuum during evaporation is preferably 8.10 torr. In a process step following the evaporation, the three-component layer is tempered. Preferably, the Mn 1- ^ 1 Tiy 1 Big-layer for three hours at 35O 0 C and then for 16 hours at 300 0 C is annealed. In a further development of the method according to the invention, 3 hours at 35O 0 C and
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anschließend 60 Stunden bei 300°C getempert. Nach diesem Verfahren entstanden kristallographisch im wesentlichen einphasige Schichten der Verbindung Mn-i ^Ίϋ ^Bi mit X1^ 0,3.then tempered at 300 ° C. for 60 hours. According to this process, crystallographically essentially single-phase layers of the compound Mn-i ^ Ίϋ ^ Bi with X 1 ^ 0.3.
Mehrkoraponentenschichten, bei den Mangan durch mehß als ein Übergangselement ersetzt wird, werden ebenfalls nach dem oben genannten Verfahren hergestellt. Dabei wird auf die Wismut-Schicht gleichzeitig aus mehreren Verdampfungsquellen das Mangan und die das Mangan ersetzenden Übergangselemente aufgedampft.Multi-coraponent layers, with the manganese by more than a transition element is replaced, are also produced according to the above-mentioned process. This is on the bismuth layer simultaneously from several evaporation sources the manganese and the transition elements replacing the manganese vaporized.
fc Um ein Abdampfen während der Temperung zu verhindern, wird die Mehrkomponentenschicht vorzugsweise vor der Temperung mit einer Schutzschicht versehen. Mit Hilfe dieser Schutzschicht wird auch gewährleistet, daß die Mehrkomponentenschicht in die Hochtemperaturphase übergefiihrt werden kann. Dazu wird diese Schicht über 360 C erhitzt und anschließend in Eisv/asser abgeschreckt. Die Schutzschicht verhindert ein Abdampfen beim Erhitzen der Schicht über 360 C. Vorzugsweise besteht die Schutzschicht aus Siliziumoxid (SiO) und besitzt eine Dicke von etwa 700 nm.fc To prevent evaporation during tempering, the multicomponent layer is preferably provided with a protective layer before the heat treatment. With the help of this protective layer it is also ensured that the multicomponent layer can be transferred into the high-temperature phase. For this purpose, this layer is heated to over 360 C and then quenched in ice water. The protective layer prevents one Evaporation when the layer is heated to over 360 ° C. The protective layer preferably consists of silicon oxide (SiO) and has a thickness of about 700 nm.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist die Schutzschicht, vorzugsweise eine SiO-Schicht, so bemessen, daß die Mehr-™ komponentenschicht ent spiegelt ist. Dies ist dann der Fall, wenn sich an der Schutzschicht reflektierte Lichtstrahlen und an der magnetooptischen Schicht reflektierte Lichtstrahlen infolge Interferenz gegenseitig schwächen. Dazu< ist erforderlich, daß der Gangunterschied der an der Schutzschicht reflektierten und der an der magneto-t-optischen Schicht reflektierten Lichtstrahlen ein ungeradzahliges Vielfaches von rf ist, wobei die Wellenlänge der Lichtstrahlung im Material der Schutzschicht bedeutet. Zu beachten ist, daß ein Lichtstrahl bei Reflexion am dichteren Medium einen Phasensprung von H'?. erleidet. Werden also sowohl der an der Schutzschicht reflektierteAccording to a further development of the invention, the protective layer, preferably an SiO layer, is dimensioned in such a way that the multi-component layer is reflected. This is the case when light beams reflected on the protective layer and light beams reflected on the magneto-optical layer weaken one another as a result of interference. For this purpose it is necessary that the path difference between the light rays reflected on the protective layer and those reflected on the magneto-t-optical layer is an odd multiple of rf, where the wavelength of the light radiation in the material of the protective layer means. It should be noted that a light beam, when reflected on the denser medium, has a phase jump of H '?. suffers. So will both the one reflected on the protective layer
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als auch der an der magnetooptischen Schicht reflektierte Lichtstrahl am dichteren Medium reflektiert, so ergibt sich, um eine Schwächung der Strahlen zu erreichen, für den Lichtstrahl eine optische Weglänge von (2n - 1) λ/2, wobei η = 1,2... ist. Die Dicke der Schutzschicht ist bei senkrechtem Einfall des Lichtstrahls (2n — 1) Ä/4. Wird nur einer der beiden an der Schutzschicht und an der magnetooptischen Schicht reflektierten Lichtstrahlen am dichteren Medium reflektiert, so ergibt sich, um eine Schwächung der Strahlen zu erreichen für die optische Weglänge ein Wert von η.λ , wobei η = 1,2,3... ist.and the light beam reflected on the magneto-optical layer is reflected on the denser medium, in order to weaken the beams, the optical path length for the light beam is (2n - 1) λ / 2, where η = 1.2 .. . is. At normal incidence of the light beam, the thickness of the protective layer is (2n - 1) λ / 4. If only one of the two light rays reflected on the protective layer and on the magneto-optical layer is reflected on the denser medium, a value of η.λ results for the optical path length in order to achieve a weakening of the rays, where η = 1,2,3 ... is.
Die Schutzschicht kann auch zur Entspiegelung von Schichten aus anderen Materialien als denjenigen des erfindungsgemaßen Speichers verwendet werden.The protective layer can also be used for anti-reflective coating made of materials other than those of the memory according to the invention can be used.
3 Figuren3 figures
8 Patentansprüche8 claims
-*. 9/''i2/-141 309824/0539- *. 9 / '' i2 / -141 309824/0539
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) |