DE2260043B2

DE2260043B2 - Magnetischer Plattenspeicher und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE2260043B2
Application number: DE19722260043
Authority: DE
Inventors: Norio Kyoto Kimura; Akira Nagaokakyo Kyoto Yasutake
Original assignee: Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1972-09-08
Filing date: 1972-12-08
Publication date: 1974-09-26
Also published as: DE2260043C3; DE2260043A1; GB1376260A; JPS4946707A; JPS522603B2

Description

5. Verfahren nach Anspruch 4. dadurch ge- Haltbarkeit.

kennzeichnet, daß man vor dem Aufbringen des Man hat nun bereits versucht, diese Nachteile 711

Ferritfilmes auf die polierte Oberfläche des Glas- 35 beseitigen durch Aufbringen eines fest haftenden

Substrats einen Film aus einem nichtmagnetischen dünnen Ferritfilmes auf ein Keramiksubstrat. AK

Material aufbringt, um die Poren in der Ober- Substrat wurde beispielsweise Aluminiumoxydkera-

fläche des Glassubstrats damit zu füllen. mik verwendet und zur Herst&iung des dünnen ma-

6. Verfahren nach Anspruchs, dadurch ge- gnetischen Filmes wurde ein Gemisch aus Eisen(IlI)-kennzeichnet, daß man vor dem Aufbringen des 40 nitrat und dem Nitratsalz eines anderen Metalls dünnen Ferritfilmes die mit dem nichtmagne- verwendet (vgl. die bekanntgemachte japanische Patischen Material beschichtete Oberfläche "des tentanmeldung 22 05371). Aus der USA.-Patent-Glassubstrats poliert, um das nichtmagnetische schrift 3 197 334 war es bereits bekannt, als Substrat Material so weit zu entfernen, daß es nur noch einen geschmolzenen Quarz zu verwenden. Der gedie Poren in der Oberfläche des Glassubstrats 45 schmoFzene Quarz hat zwar den Vorteil, daß seine füllt. Oberfläche infolge seiner geringen Kristallgröße sehr

glatt ist. er hat jedoch den Nachteil, daß er sehr teuer ist und daß sich sein Wärmeausdehnungskoeffizient (4 bis 5.5- 10~" C) von demjenigen des auf die

5<i Oberfläche aufgebrachten magnetischen Filmes (5Π

bis 150 · 10-⁷³C) so stark unterscheidet, daß der magnetische Film beschädigt wird, wenn er auf das Substrat aufgebracht oder das Substrat nach dem Aufbringen verwendet wird.

Die Erfindung betrifft einen magnetischen Platten- 55 Aus der USA.-Patentschrift 3 109 749 ist bereits Speicher, der aus einem Glassubstrat und einem dün- ein Plattenspeicher bekannt, der aus einem Metalllien magnetischen Ferritfilm als Aufzeichnungsschicht. oder sonstigen nichtmagnetischen Substrat, einer besteht, sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung. Schicht aus zerkleinerten Pigmentpartikeln in einem

Es sind magnetische Plattenspeicher bekannt, die Epoxyharz oder Polyurethan als Bindemittel und a'is einem nichtmagnetischen Substrat und einem 60 einer darauf aufgebrachten durchgehenden Siliciumdarauf aufgebrachten dünnen magnetischen Film be- monoxydschicht besteht. Als magnctisicrbares Matestehen. Bei einem bekannten magnetischen Platten- rial enthält er ein Ferritmaterial,
speicher dieses Typs besteht das Substrat aus AIu- In der deutschen Offenlegungsschrift 2 231 138 ist

minium oder einem anderen Leichtmetall. Diese ein Aufzeichnungsträger für einen Magnetschicht-Plattenspcicher haben jedoch den Nachteil, daß sich 65 speicher beschrieben, der aus einem Keramikträgcr das Substrat wegen seiner Wärmedehnung beim Auf- und einer Ferritschicht besteht,
bringen eines dünnen magnetischen Films verformt. Aus der USA.-Patentschrift 2 907 680 geht hervor,

wodurch die Reproduktionsleistung verschlechtert daß es bereits bekannt war. als Träger für dünne

}■

magnetische Filme Glas zu verwenden. Dies führt jedoch zur Bildung von Spannungen in dem aufgebrachten, extrem dünnen magnetischen Film wegen der verhältnismäßig großen Unterschiede der Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem magnetischen Überzugsmaterial und dem Substratmaterial. Diese Schwierigkeiten können durch Verwendung eines Schmiermittels beseitigt werden, das zwischen dem magnetischen Film und dem Substrat aufgebracht wird und die Entstehung von Spannungen vermeidet. Dies hat jedoch wiederum zur Folge, daß der magnetische Überzugsfilm nicht dünn genug gemacht werden kann.

In der USA.-Patentschrift 3 179 533 ist von der Verwendung von Glasgarnen zur Verstärkung des den Träger eines Magnetbandes aufbauenden PoIycarbonatharzes die Rede. Die Glasgarne dienen in diesem Falle jedoch nur als Verstärkunssmaterial für das Polycarbonatharz. aus dem das Substrat in erster Linie besteht. Ein solches Trägermaterial hc. aber den Nachteil, daß es sich unter Zugspannung dehnt, wobei eine hohe bleibende Verformung auftritt. Außerdem haftet an einem solchen Trägermaterial der magnetische Filmüberzug sehr schlecht.

Aus der »Zeitschrift für angewandte Physik«. 1965. Heft 5/6, S. 541 bis 545. war es bereits bekannt, daß Glas in Verbindung mit Siliciummonoxydschichten zur Verbesserung von kristallinen Unebenheiten als Substrat verwendet kann. Von der Verwendung von Glas in Verbindung mit einem Ferritfilm zur Herstellung eines magnetischen Plattenspeichers ist darin jedoch nicht die Rede. Zwar war es auch bereits bekannt, daß die für die Aufbringung eines gleichförmigen, dünnen magnetischen Filmes zu rauhe Oberfläche eines Aluminiumoxydkeramiksubstrats dadurch geglättet werc':n kann, daß man die Poren desselben durch vorsichtiges Polieren und mehrmaliges dünnes Auftragen von Nitratsalzen ausfüllt, es hat sich jedoch gezeigt, daß dabei noch viele Probleme auftreten, die einer Lösung bedürfen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Plattenspeicher bzw. ein Verfahren zu seiner Herstellung anzugeben, bei dem ein möglichst billiges Substratmaterial mit einer sehr glätten Oberfläche verwendet ist, das auch bei Wärmeeinwirkung keine Risse aufweist und auf das ein extrem dünner, gleichmäßiger magnetischer Ferritfilm fest haftend aufgebracht werden kann. __

Es wurde nun gefunden, daß diese Aufgabe gelöst werden kann durch einen magnetischen Plattenspeicher, der aus einem Glassubstrat und einem dünnen magnetischen Ferritfilm als Aufzeichnungsschicht besteht und dadurch gekennzeichnet ist. daß das Substrat aus kristallisiertem Glas mit einer Kristallgröße von bis zu 1.0 μ besteht und daß der Ferritfilm etwa 1 bis etwa 5 μ dick ist und aus MO · F₃O., besteht, worin M mindestens ein Metall aus der Gruppe Fe. Mg. Mn, Mi und Co bedeutet.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung besteht der Ferritfilm des magnetischen Plattenspeichers aus MnO · Fe₀O₁, oder aus CoO · Fe.,O_r Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist er zwischen dem Glassubstrat und dem Ferritfilm einen dünnen Film aus einem nichtmagnetischen Material auf, das die Poren in der Oberfläche des Glassubstrates füllt.

Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Herstellung des vorstehend beschriebenen Plattenspeichers, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man die zur Herstellung des Ferritfilmes erforderlichen Metallnitrate auf das kristallisierte Glassubstrat in einer Vielzahl von Beschichtungsvorgängen unter Erhitzen des Substrats auf eine hohe Temperatur in einer Atmosphäre aus Sauerstoff oder Luft aufbringt, bis die gewünschte Schichtdicke erzielt ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung dieses Verfahrens wird vor dem Aufbringen des Ferritfilmes

ίο auf die polterte Oberfläche des Glassubstrats ein Film aus einem nichtmagnetischen Material aufgebracht, um die Poren in der Oberfläche des Glassubstrats zu füllen.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung dieses Verfahrens wird vor dem Aufbringen des dünnen Ferritfilmes die mit dem nichtmagnetischen Material beschichtete Oberfläche des Glassubstrats poliert, um das nichtmagnetische Material so weit zu entfernen, daß es nur noch die Por-.i in der Oberfläche des Glassubstrats füllt.

Der erfindungsgemäße magnetische Plattenspeicher hat gegenüber den bisher bekannten vergleichbaren Materialien den Vorteil, daß die Oberfläche der Aufzeichnungsschicht extrem glatt und frei von Defekten ist. so daß Daten bzw. Informationen in einer außerordentlich hohen Dichte aufgezeichnet werden können, ferner besitzt er hervorrasende mechanische Eigenschaften.

In dem erfindungsgemäßen magnetischen Platten-

3" speicher wird als Substrat ein solches aus kristallisiertem Glas verwendet. Dieses ist im Handel erhältlich. Dabei ist es außerordentlich wichtig, daß die Dicke des magnetischen Ferritfilmes kontrolliert wird, so daß er so dünn wie möglich, z. B. weniger als etwa 5 u. insbesondere etwa 1 bis etwa 2 u dick ist. um für den dünnen Film die vorteilhaftesten magnetischen Eigenschaften zu erzielen. Mit einem solchen dünnen magnetischen Ferritfilm kann die Bitdichte (Aufzeichnungsdichte) des Plattenspeicher stark erhöht werden. So beträgt beispielsweise im Falle von Plattenspeichcrn mit einem magnetischen Ferritfilm einer Dicke von 25 u die Bitdichte 1000 bis 2000 Bits auf 2.54 cm. während mit einem dünnen magnetischen Ferritfilm mit einer Dicke von 2 u mit Sicherheit eine Bitdichte von 3000 bis 6000 Bits auf 2.54 cm erhalten wird. Um nun einen solchen dünnen Film auf die Oberfläche eines Substrats aufbringen zu können, muß dessen Oberfläche sehr glatt sein. Die Porosität beträgt bei Aluminiumoxydkerarrik einige Vroi.ent und bei dem handelsüblichen Kristallglasprodukt fast O⁰O. wobei die Kristallgröße bei Aluminiumoxydkeramik innerhalb des Bereiches von etwa 10 bis etwa 4Ou und bei dem handelsüblichen Glasprodiikt innerhalb des Bereiches von etwa 0.2 bis etwa 1 u li°gt. Auf der Oberfläche von Aluminiumoxydkeramik können mit Hilfe eines Mikroskops bei SOOfncher Vergrößerung viele Poren einer Größe von mehr als 1Ou festgestellt werden, während im Gegensatz dazu diese auf der Oberfläche des handels-

fio üblichen Glasprodukts nicht zu beobachten sind. Darüber hinaus weist das handelsübliche Glasprodukt nicht nur einen kleineren Wärmeausdehnungskoeffizienten als Aluminiumoxydkeramik, sondern auch eine größere Härte und einen größeren elektrischen Widerstandskoeffizienten auf. Die physikalischen Eigenschaften desselben sind in der folgenden Tabelle im Vergleich zu denjenigen von Aluminiumoxydkeramik angegeben·.

Physikalische
Fipcnschaftcn

Marulelsiihlichcs kristallisiertes C tins

Biegefestigkeit
(kg cm-)

F.lastizitätsmodiil (kg cm-)

Kristallgröße (;i)

Porosität ("«)..

Elektrischer
Widerstandskoeffizient
(Ω/cni²)

Wärmeausdehnungs-
koeffizient (bei
20 bis 50' C)

Erweichungstemperatur
(' C)

7(10 bis 3500

0.8 bis 1.4· K)"

0.2 bis 1,0

(fast) 0

Ahiminiumoxyilkeramik

20 bis 50.4· 10

1200

I 40 bis 1050

0.7 bis 3.71 · 10«

10 bis 40

5 bis 10

10"

100 bis 150· 10 '

> 1600

Kristallisiertes Glas ist wesentlich billiger als geschmolzener Quarz und bei Verwendung eines kristallisierten Glases als Substrat treten in dem magnetischen Ferritfihn keine Haarrisse auf, wie sie durch die Differenz zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten von geschmolzenem Quarz und dem Ferritfilm hervorgerufen werden, da ein kristallisiertes Glas einen ähnlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist wie ein Ferrit.

Bei Verwendung eines kristallisierten Glases als Substrat tritt nur der Nachteil auf. daß manchmal einige Poren an der Oberfläche des Glases nach dem Polieren freiliegen, da das kristallisierte Glas solche Poren im Innern aufweist. Die Größe dieser Poren liegt innerhalb des Bereiches von etwa 2 bis etwa 1Ou und diese Poren sollten vollständig aufgefüllt werden, um eine glatte Oberfläche zu erzielen. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann diese glatte Oberfläche dadurch erhalten werden, daß man auf die Oberfläche des Substrats ein nichtmagnetisches Material aufbringt, dessen Kristallgröße kleiner ist als die Größe der Poren. Als ein solches nicntmagnetisches Material sind Siliciumdioxyd (SiO.,) und Eisenoxyd (Fe.,O_s) extrem bevorzugt. Der 'iünne Film aus dem nichtmagnetischen Material wird auf die gesamte Oberfläche des Substrats aufgebracht, und die Poren werden mit dem Material gefüllt, wodurch eine glatte Oberfläche gebildet wird, weiche den gewünschten dünnen magnetischen Film ergibt. Es ist sehr zu empfehlen, das Aufbringen des dünnen magnetischen Filmes auf die Oberfläche des Substrats nach dem Polieren durchzuführen, um das nichtmagnetische Material so weit zu entfernen, daß nur die Poren mit dem Material gefüllt sind.

Die Erfindung wird durch die folgende Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Dabei bedeutet

F i g. 1 eine fragmentarische ebene Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen magnetischen Plattenspeicher,

F i g. 2 eine fragmentarische vergrößerte Querschnittsansicht einer Ausführungsform des magnetischen Plattenspeichers und

F i 2. 3 eine fragmentarische vergrößerte Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform des Plattenspeicher.

In der Fi g. 1 ist ein Substrat 1 aus einem handelsüblichen kristallisierten Glas auf einer rotierenden Achse 2 befestigt. Auf die Oberfläche des Substrats 1 ist ein dünner magnetischer Film 3 aufgetragen, und ein magnetischer Tonkopf (Wandlerkopf) 4 ist in einem geringen Abstand von dem dünnen magnetischen Film 3 angeordnet.

ίο In der Fig. 2 ist auf die Oberfläche eines Substrats 5 ein dünner Film 6 aus einem nichtmagnetischen Material aufgetragen, und auf den dünnen Film 6 ist ein dünner magnetischer Film 7 aufgetragen. In dem Substrats sind verschiedene Blasen 5« vorhanden und auf der Oberfläche liegen nach dem Polieren verschiedene Poren Sb frei, die auf die Blasen Sa zurückgehen. Die gesamte Oberfläche des Substrats 5 wird mit dem Film 6 überzogen, so daß die Poren 5 ft mit dem Material gefüllt werden.

In der F i g. 3 ist eine bevorzugte Ausbildung gezeigt, bei der der Film aus dem nichtmagnetischen Material nach dem Aufbringen wieder entfernt ist. Wenn der Film entfernt wird, erhält man aus dem Substrat 5 und den mit dem nichtmagnetischen Material gefüllten Poren 5 b eine extrem glatte Oberfläche. Dementsprechend kann auf der Oberfläche ein gleichförmiger, extrem glatter und dünner magnetischer Film 7 gebildet werden.

Nachfolgend wird eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemäßen magnetischen Plattenspeichers näher beschrieben.

Zuerst wird ein kristallisiertes Glas für ein Substrat so ausgewählt, daß eine Scheibe mit einem Durchmesser von etwa 15 cm erhalten wird. Dieses Substrat wird sorgfältig poliert, bis auf der Oberfläche desselben mit einem Mikroskop bei SOOfacher Vergrößerung keine Defekte mehr zu beobachten sind. Dann wird auf das Substrat ein dünner Ferritfilm aufgebracht. Der dünne Ferritfilm wird durch wiederholtes Auftragen und einleitendes Erhitzen erzeugt. Zum Beispiel werden Eisen(IIl)-nitrat. Magnesiumnitrat und Mangannitrat getrennt aufgelöst, wobei jeweils eine Salzlösung in entionisiertem Wasser gebildet wird. Diese Salzlösungen werden dann in einem geeigneten Mengenverhältnis miteinander gemischt unter Bildung der gewünschten Molverhältnisse. Die dabei erhaltene Lösung wird dann auf die Oberfläche des Substrats aufgetragen. Die Platte wird bei vertikaler Oberfläche mit einer extrem hohen Geschwindigkeit rotiert, so daß die aufgetragene Lösung unter Einwirkung der Zentrifugalkraft sich auf der Oberfläche der Platte zu einem extrem dünnen Film ausbreitet. Dann läßt man das beschichtete Substrat in einer heißen Atmosphäre von 400 bis 700^c C stehen. Die beiden Stufen der Beschichtung und vorbereitenden Erhitzung werden genügend oft wiederholt, bis die gewünschte Dicke des Überzugs erreicht ist. Die beiden Stufen werden beispielsweise 20mal wiederholt, um einen dünnen Ferritfilm einer Dicke von 2 μ zu ergeben. Wenn die gewünschte Filmdicke erreicht worden ist, läßt man die Platte bei einer hohen Temperatur, beispielsweise bei 900 bis 1000~ C, in einer Sauerstoff- oder Luftatmo-Sphäre ausreichend lange, beispielsweise '..'· Stunde bis 6 Stunden lang, stehen zur Herstellung eines dünnen, harten Ferritfilmes. Andere typische Nitratsalzlösungen, die mit der Eisen(III)-nitratlösung ge-

mischt werden können, sind Nickelnitrat- undKobaltnitratlösungen. es können aber auch andere geeignete Nitratsalzlösungen verwendet werden. Da die Oberfläche des Substrats extrem glatt ist, ist der auf die Oberfläche aufgebrachte Ferritfilm ebenfalls extrem glati und perfekt.

Wenn mehrere Poren auf der Oberfläche eines kristallisierten Glases frei liegen, muß auf die Oberfläche ein Film aus einem nichtmagnetischen Material aufgetragen werden. Das Aufbringen eines Filmes aus einem nichtmagnetischen Material, beispielsweise aus Siliciumdioxyd, auf die Oberfläche des Substrats wird wie folgt durchgeführt:

Man läßt das Substrat bei einer hohen Temperatur von 300 bis 400° C stehen und besprüht das Substrat mit einer Monosilan-Stickstoff-Mischung unter Bildung eines dünnen Siliciumdioxydfilmes. Der Mechanismus der chemischen Bildung von Siliciumdioxyd ist folgender:

SiH₄ + O₂ — SiO₂ r 2 H₂

Nach dem Aufbringen des Siliciumdioxydnlme: svird nach dem weiter oben beschriebenen Verfahret ein Ferritfilm auf die Oberfläche aufgebracht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

wird, oder daß die Verringerung des Spaltes zwischen dem Kopf und der magnetischen Oberfläche begrenzt .^ ^ ^ß ^ magnetische oberfläche bei diesem Kopf-Oberflächen-Kontakt leicht beschädigt wird.

1. Magnetischer Plattenspeicher, bestehend aus 5 Ein weiterer Nachteil dieser Plattenspeicher ist der, einem Glassubstrat und einem dünnen magne- daß die Haftung zwischen dem Substrat und dem tischen Ferritfilm als Aufzeichnungsschicht, da- aufgebrachten dünnen magnetischen Film nicht durch gekennzeichnet, daß das Substrat immer zufriedenstellend ist. Aus diesem Grunde wird aus kristallisiertem Glas mit einer Kristallgröße der dünne magnetische Film bei den gekannten von bis zu 1,0μ besteht und daß der Ferritfilm m Plattenspeichen mittels eines Bindemittels, z.B. etwa 1 bis etwa 5 μ dick ist und aus MO · Fe.,O_;1 eines Epoxy- oder ähnlichen Materials, auf das Subbesteht, worin M mindestens ein Metall aus der strat aufgebracht. Da nun die Rotationsgeschwindig-Gruppe Fe, Mg, Mn, Ni und Co bedeutet. keit des Plattenspeicners wegen der Spannungen, die

2. Magnetischer Plattenspeicher nach An- in dem metallischen Substrat auftreten, und wegen sprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ferrit- 15 der Rippen und Wellen, die in dem dünnen Oberfilm aus MnO · Fe₂O₃ oder CoO · Fe_-1O₃ besteht. flächenfilm des Plattenspeichers beim Rotieren mit

3. Magnetischer 'Plattenspeicher" nach An- hoher Geschwindigkeit auftreten, zwangläufig auf spruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß er einen niedrigen Wert beschränkt ist. mub ein Kopfzwischen cu-m Glassubstrat und dem Ferritfilm Oberflächen-Kontakt möglichst vermieden werden, einen dünnen Film aus einem nichtmagnetischen 20 Wenn nun der magnetische Film das oben-Material aufweist, welches die Poren in der Ober- erwähnte Bindemittel enthält, ist es schwierig, seine fläche des Glassubstrats füllt. Dicke zu kontrollieren und ihn so dünn wie gewünscht

4. Verfahren zur Herstellung des magnetischen zu machen, so daß bei dem Kopf-Oberflächen-Kon-Plattenspeichers nach den Ansprüchen 1 bis 3. takt leicht Beschädigungen auftreten. Ein weiterer dadurch gekennzeichnet, daö man die zur Her- 25 Nachteil des bekannten Plattenspeichers ist der. daß stellung des Ferritfilms erforderlichen Metall- das zu seiner Herstellung verwendete Bindemittel, nitrate auf das kristallisierte Glassubstrat in einer das einen großen Anteil des Volumens des Filme< Vielzahl von Beschichtungsvorgängen unter Er- ausmacht, den Magnetisierungseffekt vermindert, hitzen des Substrats auf eine hohe Temperatur in Aus diesen Gründen weisen diese bekannten mauneeiner Atmosphäre aus Sauerstoff oder Luft auf- 30 tischen Plattenspeicher nicht nur eine geringe bringt, bis auf die rhewum"hte Schichtdicke er- Speicherkapazität und eine verhältnismäßig hohe zielt ist. Zuariffzeit auf. sondern sie haben auch eine schlechte