DE2340475A1 - Optischer speicher - Google Patents
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Description
Aktenzeichen der Anmelderin:
YO 972 077
Die Erfindung betrifft einen optischen Speicher mit einem magnetischen
Speichermedium, das mittels eines elektromagnetischen Strahls eingeschrieben, ausgelesen und gelöscht werden kann.
In der Technik der elektronischen Datenverarbeitung werden im zunehmenden
Umfang sogenannte Massenspeicher verwendet, die im allgemeinen als Magnetplatten- oder Magnetbandspeicher ausgebildet sind. Da mit den bekannten
magnetischen A.ufzeichnungs- und Ausleseverfahren keine hohen
Speicherdichten erzielt werden können, sind diese Massenspeicher bei hoher Kapazität sehr groß und haben Zugriffs zeiten, die um Zehnerpotenzen
über den Zugriffszeiten der heute zur Verfügung stehenden sogenannten schnellen Speicher liegen. Es sind sogenannte optische Speicher bekannt
geworden, bei denen die Information durch kleine geschwärzte oder nicht geschwärzte Bereiche oder durch Hologramme dargestellt wird. Diese
Speicher bestehen im allgemeinen aus einer lichtempfindlichen Schicht, die durch einen sehr feinen, steuerbar verschiebbaren Lichtstrahl entsprechend
der zu speichernden Information bereichsweise belichtet wird. Die Speicherdichte
und die Zugriffsgeschwindigkeit dieser Speicher liegt um einige Zehnerpotenzen über der Speicherdichte und der Zugriffs geschwindigkeit
der oben erwähnten Magnetplatten- und Magnetbandspeicher. Diese A.rt von optischen Speichemhat aber den Nachteil, daß eine Änderung einzelner
Daten nicht oder nur mit sehr großem A/ufwand möglich ist. Um eine einfache
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2 3 4 0/75
3,
und schnelle Änderung einzelner Daten eines optischen Speichers zu ermöglichen,
wurden verschiedene optische Speicher vorgeschlagen, deren Speichermedien aus magnetisierbaren Substanzen bestehen und bei denen das
Einlesen und Auslesen der Information mit Hilfe eines fein gebündelten Lichtstrahls erfolgt. Mit einem Strahl adressierbare optische Speicher, die
als Speichermedium dünne Magnetfilme verwenden, sind ebenfalls bekannt. Dabei wurden zum Beispiel kristalline Materialien wie Gadolineisengranat
und Metalle wie MnBi als Speichermedium verwendet. Derartige Speicher werden unter anderem in folgenden Literatur stellen beschrieben:
1. A.H. Eschenfelder, J.APPL. PHYS., 41, 1372(1970),
2. J. A. Rajchman, J. APPL. PHYS., 41, 1376 (1970),
3. R. E. McDonald et al, J. APPL. PHYS., 40, 1429 (1969),
4. D. Cenetal., J. APPL. PHYS., 39, 3916(1968).
Außer dieser Substanzen wurde stöchiometrisch.es MnAlGe als geeignete
Substanz in magnetooptischen Speichern vorgeschlagen. Hierbei handelt es sich um eine polykristalline Schicht, -wie sie im allgemeinen für durch einen
Strahl adressierbare Dateien als Magnetfilme verwendet wird.
In optischen Speichern wurden auch schon nicht magnetische amorphe
Substanzen verwendet, wie zum Beispiel aus der US Patentschrift 3 530 441 zu ersehen ist.
Diese auch als "ovonische" Materialen bezeichneten Substanzen weisen keine
magnetischen Eigenschaften auf. Sie erfahren im Gegensatz zu den Vorgängen
beim Umschalten von magnetischen dünnen Schichten unter der Wirkung von Strahlungsenergie strukturelle Änderungen. Weil strukturelle Änderungen,
im vorliegenden Fall Übergänge zwischen einem amorphen und einem kristallinen Zustand, das Speichermedium stärker beanspruchen, können
magnetische Speicherschichten wesentlich häufiger umgeschaltet werden
als dies bei den heute bekannten nicht magnetischen amorphen Speicherschichten der Fall ist.
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Der Vorteil amorpher Schichten bestehi vor allexii darin, daß sie auf jedes
Substrat aufgebracht werden können und für einen großen Bereich von Zusammensetzungen einstellbar sind. Außerdem fallen alle Einschränkungen
fort, die bei kristallinen Speichersubstanzen bezüglich der Übereinstimmung der Gitter struktur en und Korngrößen von Sp ei eher schicht und Substrat vorliegen.
Die Erfindung geht von der Aufgabenstellung aus, eine amorphe Speichersubstanz
anzugeben, die sich für optische Speicher eignet und bei der die Information nicht durch strukturelle Änderungen gespeichert wird.
A.ußerdem sollen bei dieser Substanz durch Änderung ihrer Zusammensetzung oder durch Hinzufügung von bestimmten weiteren Substanzen die Domänengrößen
im weiten Bereich einstellbar und reversible Umschaltungen zwischen verschiedenen Magnetisierungszuständen über eine große A.nzahl von. Arbeitszyklen
möglich sein.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch einen optischen Speicher
mit einem magnetischen Speichermedium, das mittels eines elektromagnetischen
Strahls eingeschrieben, ausgelesen und gelöscht werden kann, gelöst,
der dadurch gekennzeichnet ist, daß das Speichermedium aus einer amorphen magnetisierbaren, vorzugsweise eine uniaxiale Anisotropie der
Magnetisierung aufweisenden Substanz besteht.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird anschließend anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 die schematische Darstellung eines optischen Speichers mit
einem aus einer amorphen magnetischen Substanz bestehenden Speichermedium;
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Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem auf einer
rotierenden Scheibe angeordneten Speichermedium;
Fig. 3 ein anderes A.usführungsbeispiel der Erfindung, bei dem
der Kerr effekt ausgenützt wird.
In Fig. 1 wird ein optischer Speicher dargestellt, in dem eine Speicherschicht
10 aus amorphen magnetischem Material auf einem Substrat 12 angeordnet ist. Das Substrat. 12 kann aus isolierendem oder aus leitendem
Material bestehen und für elektromagnetische Strahlung durchlässig oder reflektierend sein. Geeignete Substratmaterialien sind zum Beispiel Glas,
Spinell, Quarz, Saphir, Al O und Metalle, wie Aluminium, Kupfer u. a.
Ferner ist eine beispielsweise als Laser, Lasergruppe oder Elektronenkanone ausgebildete Lichtquelle 14 vorgesehen, die eine monochromatische
Strahlung 16 erzeugt. Die Energie dieser Strahlung ist so zu bemessen, daß eine amorphe magnetische Schicht 10 auf eine Temperatur in der
Nähe ihrer Kompensationstemperatur oder ihrer Curie-Temperatur T
erwärmt werden kann. Die Strahlung 16 hat die A.ufgabe, die Schicht 10 beim Einschreiben, beim Lesen und beim Löschen lokal zu erwärmen.
Nach der Lichtquelle 14 ist im Verlauf der Strahlung 16 'ein Polarisator 18,
eine Sammellinse 20, ein Lichtmodulator 22 und ein Lichtablenker 24 angeordnet. Der Polarisator 18 wandelt die Strahlung 16 in einen linear polarisierten
Strahl um, der im Lichtmodulator 22 intensitätsmoduliert wird. Ein Lichtablenker 24 lenkt den Lichtstrahl 16 so ab, daß er steuerbar auf die
jeweils ausgewählten Bereiche der Speicherschicht 10 fällt. Dieser Lichtablenker
kann zum Beispiel als an sich bekannter elektrooptischer Lichtablenker oder als ebenfalls an sich bekannter akustischer Lichtablenker
ausgebildet sein. Im Falle von Elektronenstrahlen sind magnetische oder elektrostatische A.blenkeinrichtungen vorzusehen.
In der Nähe der Speicher schicht 10 ist eine stromführende Spule 26 angeordnet,
die ein magnetisches Feld in der Ebene dieser Schicht erzeugt,
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das gemeinsam mit dem Strahl 16 das Einschreiben von Informationen in die
Speicher schicht 10 bewirkt. Mit Hilfe einer Linse 28 wird der Strahl 16 nach
seinem Durchtritt durch die Speicher schicht 10 und das durchsichtige Substrat gesammelt und durch einen Analysator 30 hindurch auf einen Detektor
32 fokussiert. Der Analysator 30 läßt den Lichtstrahl in Abhängigkeit von der Lage seiner Polarisationsebene passieren oder nicht passieren. Der Detektor
32 stellt die Intensität des aus dem A.nalysator tretenden Lichtstrahles fest und erzeugt ein dieser Intensität proportionales elektrisches Signal. Als
Detektor kann eine Fotozelle, eine Fotodiode oder ein anderes strahlenempfindliches
Element verwendet werden. Vorzugsweise ist der Detektor 32 ein schnell arbeitendes und empfindliches Fotoelement. Das elektrische
Ausgangs signal des Detektors 32 wird in einem Verstärker 34 verstärkt und zu einer Benutz er einrichtung 36 übertragen.
Im folgenden werden die Zusammensetzung und die magnetischen Eigenschaften
der als Speicherschicht 10 verwendeten amorphen magnetischen Substanz beschrieben. Die gemäß der Erfindung hergestellten amorphen
magnetischen Substanzen! weisen eine uniaxiale magnetische Anisotropie
auf und können bei verschiedenen optischen Speichern verwendet werden. Diese Substanzen können massiv oder in Form dünner Schichten ausgebildet
werden oder als magnetische Partikel in einer als T rager element dienenden
Bindemittelschicht angeordnet sein. Nachdem es sich um amorphe Substanzen handelt, bereit die Auswahl des Substrats keine Schwierigkeiten, da eine
Übereinstimmung von Gitter strukturen oder von Korngrößen nicht unbedingt
erforderlich ist. Dadurch wird die Herstellung von optischen Speichern wesentlich vereinfacht und verbilligt, und die Qualität der Speicher schichten
verbessert.
Derartige amorphe magnetische Substanzen können aus einem oder mehreren Elementen eines Mehrkomponentensystems, auch mit
Dotierungsstoffen, bestehen. Mindestens eine Komponente muß einen
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unpaarigen Elektronenspin aufweisen, so daß das Material iujgesamt
ein magnetisches Moment aufweist, d.h. , die ungeordnete Gitterstruktur
im atomaren Bereich dieser Substanzen weist dennoch eine *
größeren magnetische Ordnung der Spins über einen/Bereich auf.
Diese neuen amorphen magnetischen Substanzen weisen eine uniaxiale
Anisotropie auf, die sowohl senkrecht als auch parallel zur Ebene einer aus dieser amorphen magnetischen Legierung bestehenden
dünnen Schicht verlaufen kann. Diese Anisotropie kann aus einer der folgenden Eigenschaften oder einer Kombination daraus stammen,
nämlich der Paarordnung, der Formanisotropie oder der spannungsinduzierten A.nisotropie.
Diese drei Mechanismen als mögliche Ursache einer uniaxialen Anisotropie der Magnetisierung sind in der Wissenschaft bekannt
und werden hier nicht genauer beschrieben. Es genügt der Hinweis, daß die Paarordnung/clie Kombination von je zwei Atomen bewirkt wird,
deren paarige Magnetisierung sich so eins teilt, daß ein magnetischer Dipol entsteht. Die magnetischen Paare sind in bestimmter Weise
ausgerichtet, so daß sich eine für die Verwendung in magnetischen Einrichtungen auswertbare uniaxiale A.nisotropie ausbildet.
Die Formanisotropie ist durch die Geometrie der magnetischen Bereiche bedingt. Eine geordnete Anhäufung von Atomen innerhalb
eines Bereiches von im wesentlichen ungeordnetem Material hat die Magnetisierung vorzugsweise in der Längsachse des Atombündels
ausgerichtet, da diese Achse eine Vorzugsrichtung für die Ausrichtung von magnetischen Momenten darstellt. In Richtung der kurzen Achsen
eines durch eine Anhäufung von Atomen definierten Bereiches liegen
starke entmagnetisierende Felder vor.
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Änderungen der Zusammensetzung der amorphen Substanz kennen
Phasentrennungen bewirken, die ebenfalls diese Art von Anisotropie entstehen lassen. Die Phasentrennung betrifft sowohl benachbarte,
aber unterschiedlich zusammengesetzte Bereiche als auch benachbarte Bereiche derselben Zusammensetzung, jedoch mit unter-
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schiedlichen Strukturphasen (d.h. ein Bereich ist amorph, während der andere mehr kristalliner Natur ist). Als Beispiel für die Phasentrennung
sei eine amorphe magnetische Legierung aus Gd-Co genannt, in der örtlich begrenzte Bereiche einmal reich an Co und zum anderen
reich an Gd sind. Wenn diese Bereiche nebeneinanderliegen, erzeugt die Phasentrennung eine uniaxiale Anisotropie.
Eine spannungsinduzierte Anisotropie entsteht aus den Unterschieden
in der Gitterstruktur des Substrates und den Ordnungsparametern in örtlich begrenzten Bereichen im amorphen Film oder aus den Differenzen
der thermischen Ausdehnungskoeffizienten des amorphen Filmes und seines Substrates. Diese Art von mechanischer Spannung kann ebenfalls
in den praktisch amorphen Filmen zur uniexialen Anisotropie beitragen.
Die benutzten magnetischen Materialien zeigen entweder eine im wesentlichen mikrokristalline oder eine im wesentlichen amorphe Struktur
oder beides. Diese beiden Strukturen unterscheiden sich sowohl von der in der Technik für magnetische Legierungen bisher bekannten polykristallinen
als auch von der monokristallinen Struktur. Die benutzten amorphen Materialien können beispielsweise durchaus eine örtlich begrenzte atomare
Ordnung oder Nahbereichsordnung wie in Flüssigkeiten aufweisen. Wenn diese Art atomarer Ordnung vorhanden ist, existiert sie über Strecken von
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etwa 25 bis 100 ..- , wenn das Material mikrokristallin ist,-und über Strecken
von weniger als 25 A, wenn das Material im wesentlichen amorph ist. Der Nachweis des Vorhandenseins der atomaren Nahbereichsordnung,
ihr Ausmass und damit auch die Definition der genannten Form von amorpher Struktur geschieht mit elektronenoptischen Methoden.
Amorphe Materialien können aus einem magnetischen Element oder aus
mehreren Komponenten bestehen. Beispiele für das letztere sind binäre und ternäre Legierungen und Verbindungen. Besonders geeignete Materialien
sind zusammengesetzt aus seltenen Erden und Uebergangsmetallen. Beispiele sind Gd-Co, Gd-Fe, Y-Go, La-Co usw. Diese Legierungen
können über einen weiten Bereich variiert werden, ohne dass durch die
Stöchiometrie oder wegen der in Phasendiagrammen niedergelegten Bedingungen für die Bestandteile Beschränkungen notwendig werden. Die
magnetischen Eigenschaften der Materialien können daher auf die jeweilige Anwendung zugeschnitten werden. Die Zusammensetzungsbereiche können z.B. so gewählt werden, dass die atomaren Momente
des aus einer seltenen Erde bestehenden Bestandteiles und des aus einem Uebergangsmetall bestehenden Bestandteiles sich annähernd
aufheben, wodurch man ein Material mit einer niedrigen magnetischen Sättigung erhält, welches z.B. als Blasendomänenmaterial von besonderem
Wert ist.
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Diese amorphen magnetischen Materialien zeigen eine magnetische Ordnung in einem langen Bereich und besitzen uniaxiale Anisotropie.
In ihrer einfachsten Form sind sie aus Elementen zusammengesetzt, die in einer Elementarform ein magnetisches Moment tragen. Beispiele
sind die 4 f-Serien (seltene Erden) und die 5 f-Serien (die Aktiniden)
des periodischen Systems. Hierher gehören auch die Metalle der Eisenübergangsgruppe (3d-Serie). Weiterhin sind Elemente eingeschlossen,
die in einem bestimmten Zustand ein magnetisches Moment besitzen, wie z.B. Mn, Cr, V oder Pd.
Für jedes amorphe Material, das aus einem Element besteht, kann ein
nichtmagnetisches Element in relativ kleinen Mengen hinzugefügt werden, ohne dass die magnetischen Eigenschaften dadurch gestört werden.
Das bedeutet, dass die Vermischung mit nichtmagnetischen Elementen, wie z.B. O, C, P und N, vorgenommen werden kann, ohne die magnetischen
Eigenschaften des Materials nachteilig zu beeinflussen. Es kann daher der Zusatz kleiner Mengen (allgemein etwa zwei Atomprozent) dieser
nichtmagnetischen Elemente vorteilhaft sein, um z.B. den amorphen Film leichter herzustellen. Wenn grössere oder zu grosse Mengen zugegeben
werden, werden selbstverständlich die magnetischen Eigenschaften beeinflusst. Mengen von mehr als 50 Atomprozent zerstören die magnetische
Ordnung im langen Bereich.
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Binäre Verbindungen oder Legierungen, die mindestens eines der oben aufgeführten Elemente enthalten, können auch als amorphe
magnetische Materialien benutzt werden. Binäre Zusammensetzungen sind im allgemeinen leichter zu verarbeiten, da sie ihre amorphe
Struktur in gros-sen Temperaturbereichen beibehalten, im Gegensatz
zu aus einem Element bestehenden amorphen magnetischen Materialien.
Wie bei den zuletzt genannten Materialien, können kleine Mengen nichtmagnetischer Elemente zugesetzt werden.
Eine andere mögliche Aenderung bei zweikomponentigen amorphen Legierungen besteht in der Zugabe einer höheren Konzentration (2 bis ·
50 Atomprozent) nichtmagnetischer Bestandteile, um die magnetischen
Eigenschaften des Materials zu verändern. Kupfer kann z.B. zugegeben werden, um das magnetische Moment zu verkleinern,
Temäre Kombinationen der oben erwähnten Elemente mit 3d, 4f oder
5f-Elektronen s_ . : können, ebenfalls amorphe Ver
bindungen oder Legierungen mit uniaxialer magnetischer Anisotropie
liefern. Wie bei den binären Zusammensetzungen können grössere
Konzentrationen nichtmagnetischer Bestandteile zugegeben werden, um
die magnetischen Eigenschaften des Materials zu verändern. Kleine
Mengen nichtmagnetischen Materials können ebenfalls zugegeben werden,
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um leichter amorphe/TiJme herzustellen/ ohne die magnetischen
Eigenschaften nachteilig zu beeinflussen. Die Menge des zugegebenen
nichtmagnetisehen Materials sollte nicht ausreichen, um die magnetische
Ordnung im langen Bereich im magnetischen Film zu zerstören.
Die benutzten magnetischen Materialien zeigen über größere Bereiche ein
magnetische Ordnung und sind entweder ferromagnetisch, ferromagnetisch
'•7 oder antiferromagnetisch gekoppelt. Es ist diese magnetische Großbereich
sordnung, die die in diesen Materialien vorhandene uniaxiale Anisotropie bewirkt, was sie wiederum für verschiedene technische
Anwendungen brauchbar macht.
Die magnetischen Eigenschaften dieser Materialien können während der Herstellung oder hinterher so geändert werden, dass sie für die
jeweiligen Anwendungen am besten passen. Es wurde festgestellt, dass die magnetischen Eigenschaften sehr stark vom prozentualen Anteil
der einzelnen Beständteile als auch von den bei der Herstellung angewandten Niederschlagsbedingungen abhängen. Die Abhängigkeit magnetischer
Eigenschaften von den Niederschlagsparametern ist jedoch kleiner als die Abhängigkeit von den Zusammensetzungsanteilen der Bestandteile. Verfahren
wie Wärmebehandlung oder Ionenimplantation können auch nach der eigentlichen Herstellung dieser amorphen Materialien zur Veränderung
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ihrer magnetischen Eigenschaften angewandt werden. Ausserdem
können diese magnetischen Materialien mit Verunreinigungen dotiert werden, wobei strukturelle magnetische Eigenschaften des Films nicht
nachteilig beeinflusst werden. Die Beweglichkeit von magnetischen Domänen in den Filmen wird daher nicht durch Störstellen wie Gitterbaufehler
bei konventionellen kristallinen Magnetfilmen beeinflusst. Beispiele spezieller/ geeigneter amorpher magnetischer Materialien
für eine Vielzahl von technischen Anwendungen werden in der Beschreibung erläutert und in den Materialtabellen am Ende der Beschreibung
aufgeführt.
Abhängig von den diesen Materialien eigentümlichen Austauschwechselwirkungen
können diese zu Isolatoren, Halbleitern und Leitern gemacht werden, obwohl sie im wesentlichen amorph sind. In den so
gebildeten Metallen und Halbleitern kann die Austauschwechselwirkung entweder eine direkte aufgrund der Ueberlappung der Elektronenbahnen
der Atome oder eine mehr indirekte durch die Leitungselektronen sein. Diese Austauschmechanismen sind nicht sehr empfindlich bezüglich der
atomaren Langbereichsordnung des Systems und machen dadurch die
amorphen Materialien für magnetische Anwendungen geeignet. Der Austauschmechanismus
in Isolatoren ist sonst jedoch grundsätzlich ein Superaustausch, der sehr empfindlich abhängig vom Bindungsv/inkel und
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4H 2-34 OA
dem gegenseitigen Abstand der Atome ist. Da jedoch in den amorphen
Materialien eine atomare Langbereichsordnung fehlt, können diese Superaustauschbedingungen dort nicht erfüllt werden, und eine magnetische
Langbereichsordnung dieser konventionellen Art ist deshalb nicht zu
beobachten.
Einstellung der magnetischen Eigenschaften
Abhängig vom jeweiligen Anwendungszweck können die magnetischen Eigenschaften dieser amorphen magnetischen Materialien auf optimale
Leistung während der Herstellung eingestellt werden. Im Gegensatz zu herkömmlichen kristallinen magnetischen Materialien sind die
magnetischen Eigenschaften amorpher Filme grundsätzlich leichter zu steuern als die entsprechenden Eigenschaften in kristallinen Materialien.
Ein Grund dafür liegt darin, dass die Abweichungen in den Zusammensetzungen, die bei amorphen Materialien zulässig sind, wesentlich
weiter gehen können als bei kristallinen Materialien, da amorphe Zusammensetzungen
durch Meta Stabilität und nicht durch thermodynamisches Gleichgewicht kontrolliert werden. Verschiedene magnetische Eigenschaften
werden anschliessend einzeln beschrieben, um die durch amorphe
Materialien gebotene Beweglichkeit zu zeigen.
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Sättigungsmagnetisierung Μα
Die Magnetisierung M0 lässt sich in einem amorphen magnetischen
Material leicht dadurch verändern, dass man magnetische Atome zugibt, welche im amorphen Material mit normalen magnetischen
Atomen koppeln oder mit Atomen, welche in einem magnetischen Zustand sind (z.B. Mn, Cr usw.). Die resultierende Magnetisierung
M wird herabgesetzt, wenn das der amorphen Zusammensetzung zuge-
gebene Material antiferromagnetisch mit den magnetischen Atomen im amorphen Material koppelt. Um die Magnetisierung der amorphen
Legierung Gd-Co herabzusetzen, wird z.B. das Gd/Co-Verhältnis
so eingestellt, dass die magnetischen Momente sich annähernd aufheben oder kompensieren.
Um die Magnetisierung des amorphen Materials heraufzusetzen, werden
magnetische Atome zugegeben, die ferromagnetisch mit den magnetischen
Atomen in der amorphen Zusammensetzung koppeln. Die Zugabe von Nd zu einer amorphen Legierung von Gd-Co erhöht z.B. die Magnetisierung.
Als weiteres Beispiel für die Erhöhung der Magnetisierung sei die Zugabe von Co zu einer amorphen Legierung von Y-Co genannt.
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-
A 0 9 8 U / 1 C 9 0
Diese Zusätze werden während des Herstellungsverfahrens folgendermassen
vorgenommen: Ein Gemisch der die Zusammensetzung bildenden Elemente wird geschmolzen und in eine scheibenförmige Form gegossen,
die als Fangelektrode beim Aufsprühen benutzt wird. Die Zusammensetzung kann während der Herstellung dieser Fangelektrode geregelt
oder die Zusammensetzung des Filmes während des Aufsprühens verändert werden, indem man die Vorspannung am Substrat verändert, um einen
Anteil von einem oder mehreren der Bestandteile bevorzugt aufzusprühen bzw. zu zerstäuben. Andererseits kann auch eine zweite Fangelektrode
aus dem zusätzlichen Element in der Ionisationskammer vorgesehen werden, so dass mindestens ein zusätzliches Element in den niedergeschlagenen
Film eingeführt wird.
Wenn Dünnfilme durch Vakuumauf da mpfung hergestellt werden, kann
die Konzentration der Zuschläge in der Verdampfungsquelle verändert oder eine zusätzliche Quelle mit dem zuzugebenden Element vorgesehen
werden.
Das Zusammensetzungsverhältnis in der Nähe des Magnetisierungsminimums
ist besonders geeignet für Materialien mit einem niedrigen magnetischen Moment und hoher Curie-Temperatur. Weil beispielsweise
in Gd-Co Legierungen das Minimum der Magnetisierung in der Nähe
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ORiGiNAL INSPECTED
- 2340471
von 79 Atomprozent Kobalt von der Kompensation der magnetischen
Momente von Gd und Co und nicht aus Verdünnungseffekten herrührt, wird die Curie-Temperatur nicht beeinflusst, welche weitgehend
durch die Co-Co-Wechselwirkung bestimmt wird. Demzufolge kann der Wert der Magnetisierung des Materials bei Raumtemperatur verschieden
eingestellt werden, während T noch innerhalb der vorgeschriebenen Bereiche gehalten wird.
Eine andere Möglichkeit, die Magnetisierung einer amorphen Legierung zu verändern, besteht im Zusatz kleiner Mengen von
N?, während die amorphe Legierung aufgesprüht wird. Beim Auf sprühen
. von Gd Co_ in Argon veranlasst z.B. der Zuschlag von kleinen Mengen
N2 (etwa 1 Volumenprozent N~ im Argongas), dass die Streifendomänen
im Material wesentlich in der Grosse abnehmen. Das wiederum zeigt eine Zunahme der Magnetisierung 4aiM an. Das bedeutet, die anti-
ferromagnetische Kopplung von Gd und Co wird so beeinflusst, dass die
Magnetisierung heraufgesetzt wird, ohne dass die uniaxiale Anisotropie des amorphen Materials zerstört wird. Die Stickstoffbindungen mit Gd
schwächen dabei die antiferromagnetische Kopplung zwischen Gd und
Co. Das magnetische Moment des Co-Untergitters bzw. Untermusters -wird nicht so wirkungsvoll durch das des Gd-Untermusters kompensiert,
so dass die Magnetisierung im gesamten zunimmt.
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ORIGINAL IMSPECTED
4t . 234047
Koerzitivkraft H
c
c
In magnetischem Material ist die Koerzitivkraft ein Hauptfaktor zur Bestimmung der Leichtigkeit, mit der magnetische Domänen
sich im Material bewegen. Die Einstellung der Koerzitivkräfte erfolgt im allgemeinen durch die Einstellung der Komgrösse des
magnetischen Materials, da die Koerzitivkraft von der Komgrösse abhängt. Im allgemeinen ist die Koerzitivkraft für einen bestimmten
Komgrössenwert am grössten und nimmt ab für Komgrössen, die kleiner oder grosser als diese Komgrösse sind. Die Koerzitivkraft
ist z.B. in magnetischen Materialien gross, in denen die Komgrösse sich der Domänenwandbreite nähert.
Die Komgrösse kann durch Zusatz von Dotierungsmitteln, wie N_
und O_, beeinflusst werden. Diese Zuschläge verändern die magnetische
Ordnung im amorphen Film, so dass sie anders (oder gleich) wird als die Domänenwandbreite (& ). Wenn £>Ordnung, ist H niedrig,
während Hc bei Od Ordnung am grössten ist.
Die Ionenimplantation in eine gewünschte Tiefe ist allgemein gut
geeignet, da amorphe Materialien nämlich nicht übergebührlich erhitzt
werden sollen. Die Erwärmung über bestimmte·Temperaturen hinaus ver-
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anlasst die amorphen Stoffe· zum- irreversiblen Uebergang in einen
kristallinen Zustand. Um Körnungen oder Kristallite der gewünschten
Grosse zu erhalten, kann man den amorphen Film auch bis zur Kristallisierung tempern.
Andere Verfahren zur Beeinflussung der Koerzitivkraft umfassen die
Oberflächenbehandlung/ wie das Sprühätzen und das Ionenätzen, um die Oberflächenstruktur aufzurauhen. Dadurch wird wiederum die Beweg
lichkeit der Domänen im amorphen magnetischen Material beeinflusst.
Curie-Temperatur T
Diese amorphen magnetischen Materialien lassen sich leicht zur Aenderung
der Curie-Temperatur legieren, ohne dass dadurch die Struktur des Materials nachteilig beeinflusst wird. Ausserdem besteht, wie beispielsweise bei
kristallinen Materialien, hier keine Begrenzung durch die vorgesch abenen
Parameter entsprechend einem Phasendiagramm. Legierungsanteilbereiche über grosse Werte (ungefähr 50Atomprozent) können benutzt werden,
solange nur die uniaxiale Anisotropie des Materials nicht betroffen wird. Im allgemeinen ändert sich die Curie-Temperatur linear mit der Menge der
vorhandenen magnetischen Atome. Die Curie-Temperatur ist in diesen
amorphen Materialien leichter zu steuern als in kristallinen megnetischen Materialien.
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'. 0 9 8-1 4/ 1 09Γ-
. 2.34CU75
Mit den Legierungsbedingungen wird die Curie-Temperatur des amorphen magnetischen Materials verändert. Für eine amorphe
Gd-Co-Legierung senkt z.B. die Zugabe einer kleineren Menge magnetischer Atome/ wie Ni, Cr, Mn oder nichtmagnetischer
Atome, wie Cu, Al, Ag, Pd, Ga, In usw. die Curie-Temperatur,
während die Zugabe eines Elementes wie Fe die Curie-Temperatur anhebt. Die Stärke der magnetischen Wechselwirkung oder Kopplung
im Material ändert sich durch die zugegebenen Elemente.
Faraday-Drehung (p
Eine grössere Faraday1 sehe oder Kerr'sche Drehung eines auf das
amorphe magnetische Material auffallenden linear polarisierten Lichtstrahles erhält man durch Verwendung eines amorphen Materials mit
einem hohen magnetischen Moment. Dotierungsmittel aus seltenen Erden, wie Tb, Dy, Ho oder Legierungszuschläge können dem amorphen
Material zugegeben werden. Im Falle der amorphen Gd-Co-Legierung .z.B. wird durch Erhöhung des Co-Anteiles auch die Faraday1 sehe
Drehung erhöht. Zuschläge von Fe zum Material erhöhen ebenfalls die Faraday1 sehe Drehung. Für eine hohe Faraday1 sehe Drehung sollte die
Magnetisierung 4ζ"Μο einen möglichst hohen Wert haben (z.B. 8000 bis
10 000 Gauss).
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23404?
Domänenwandenergie CT
Die Domänenwandenergie Q" wird auf den ^C -Parameter des amorphen
Materials bezogen. Die Domänenwandenergie ist direkt proportional
zu YAK # worin A die Austauschkonstante des Materials und K
• u u
die normale uniaxiale Anisotropiekonstante des Materials ist.
Die Domänenwandenergie kann ebenfalls durch Veränderung der Austauschkonstanten A oder der Anisotropie K verändert werden. Die
Austauschkonstante A charakterisiert die Stärke der magnetischen Kopplung im Material und ist proportional der Curie-Temperatur T .
Demzufolge ändert sich die Konstante A von einem Material zum anderen, (Anisotropieänderungen werden später beschrieben).
Anisotropie K
Die Anisotropie des Materials kann man durch Veränderung des zur Herstellung
der amorphen Zusammensetzung verwendeten Verfahrens verändern.
Die Niederschlagsrate ist z.B. ein Bestimmungsfaktor, ebenso wie die
Dicke des niedergeschlagenen Filmes. Allgemein ist K eine Funktion der Materialzusammensetzung und der Aufwachsbedingungen. Diese Faktoren
werden genauer in dem die Herstellungstechnik beschreibenden Abschnitt
besprochen.
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«ft
Domänengrösse und Domänenwanddlcke
£
Die Domä'nenwanddicke ist gleich ~\rh/K ', worin A die Austauschkonstante
des Materials und K seine Anisotröpiekonstante ist. Wie
oben gesagt, hängt die Anisotropie K von der Dicke des amorphen Filmes und von der Niederschlagsrate ab. Die Domä'nenwanddicke
kann daher durch Veränderung der Anisotropie K verändert werden. Diese wiederum ist die Funktion der Zusammensetzung de» amorphen
Filmes, seines Bereiches der Bestandteile und des zur Herstellung des amorphen Materials angewandten Niederschlagsverfahrens.
Die Domanengrösse ist eine Funktion der charakteristischen Länge j$
und der Dicke des Filmes. Allgemein wird die Domanengrösse so gewählt,
dass die Arbeitsweise des Bauelementes optimal ist. Für mit magnetischen Blasendomänen arbeitenden Einrichtungen ist z.B. die
charakteristische Länge £ gegeben durch die folgende Beziehung:
4-!C M/
Demzufolge kann man die charakteristische Länge und daher die
Domänengrösse durch Veränderung der Magnetisierung M , der Anisotropie K und der Austauschkonstanten A verändern.
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Die Austauschkonstante ist eine Grosse, welche für die Stärke
der magnetischen Kopplung in einem gegebenen Material charakteristisch
ist. Sie ist proportional der Curie-Temperatur und wird für Materialien
mit höheren Curie-Temperaturen T grosser. Wie oben gesagt, ist die
Anisotropie K eine Funktion der Materialzusammensetzung und der zur Erzielung des Materials angewandten Aufwachsbedingungen. Die
Magnetisierung M resultiert aus den magnetischen Spins und ihrer Ausrichtung (parallel oder antiparallel). Diese Grosse ist temperaturabhängig
und kann durch Veränderung der Zusammensetzung des amorphen Filmes und der zu seiner Herstellung angewandten Aüfwachsparameter
verändert werden. Daher lässt sich die Domänengrösse über weite Bereiche leicht verändern.
Information wird in den Speicherfilm 10 durch induzierte Phasenübergänge
durch Ausnutzung entweder der Curie-Temperatur oder der Kompensationstemperatur geschrieben. Das Auslesen erfolgt unter Ausnutzung entweder.
des Kerr-Effektes in Reflexion oder des Faraday-Effektes in Transmission.
Das Löschen einzelner Stellen oder ganzer Blocks auf dem gesamten Speicherfilm
10 ist einfach zu bewerkstelligen.
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Zur Erzeugung von gespeicherter Information in ausgewählten Bereichen des
amorphen magnetischen Films 10 sind beim Einschreiben über den Curiepunkt oder über den Kompensationspunkt gleichartige Schritte erforderlich.
Zum Schreiben über den Kompensationspunkt bei Raumtemperatur sollte die
Kompensationstemperatur zwischen 60 und 100 Celsius liegen. Dadurch
wird die Laserleistung niedrig gehalten. Zu den Materialien mit guten 4^M - Werten bei Raumtemperatur gehören amorphe Legierungen aus
Gd-Co, Tb-Co und Dy-Co. Die Konzentration der Bestandteile in jedem
der magnetischen Untergitter dieser Legierungen kann so eingestellt werden, dass ihre Magnetisierungen bei Raumtemperatur ungefähr gleich
sind, d.h. die relativen Konzentrationen von Gd und Co in einer Legierung dieser Materialien kann so gewählt werden, dass die zu dem
Co-Untergitter gehörende Magnetisierung ungefähr genauso gross ist
wie die zu dem Gd-Untergitter gehörende. Die Koerzitivkraft H ist
proportional 2K /M . Da bei der Kompensationstemperatur M nach
Null geht und K festgelegt ist, steigt die Koerzitivkraft H bei der
u c
Kompensationstemperatu rapide an. Um sicherzustellen, dass eine gewisse Koerzitivkraft bei Betriebstemperatur (vorzugsweise Raumtemperatur)
übrigbleibt, sollte die Betriebstemperatur ziemlich dicht am Kompensationspunkt
liegen. Die Koerzitivkraft ist bei durch einen Strahl adressierbaren optischen Speichern wichtig, damit eingeschriebene Daten im Speicher
auch bei der Anwesenheit von äusseren Magnetfeldern gespeichert bleiben, wenn die Koerzitivkraft des Mediums ausreicht.
■φ
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£098 14/1 090
. 23AQA75 '
Für das Schreiben, über den Curiepunk't oder über den Kompensationspunkt, umfasst die Schreiboperation folgende Schritte:
1. Am Anfang befindet sich der Speicherfilm 10 in einem
entmagnetisierten Zustand und hat ungefähr eine gleiche Anzahl entgegengesetzt gerichteter, magnetischer Domänen, in denen die Magnetisierung
normal zur Filmebene verläuft. Der Speicherfilm 10 wird dann einem normal
zur Filmebene verlaufenden magnetischen Sättigungsvorspannfeld unterworfen, um alle Domänen in eine Richtung zu magnetisieren. Das erreicht
man leicht, indem man einen Strom durch die Spule 26 schickt.
2. Danach wird ein kleines magnetisches Vorspannfeld normal zur Filmebene, aber dem magnetischen Sättigungsfeld entgegengesetzt,
am ganzen Film angelegt. Auch diesen kleinen magnetischen Film legt man bequemerweise an, indem man Strom durch die Spule 26
schickt. Auch kann der Film z.B. mittels eines Permanentmagneten abgetastet werden, um das grosse Sättigungsvorspannfeld zu erhalten.
3. Der Laserstrahl 16 wird dann auf eine ausgewählte
Stelle des Filmes 10 gelenkt, wo er eine lokale Erwärmung des Filmes auf eine Temperatur über der Kompensationstemperatur (Kompensationspunktschreiben)
oder auf eine Temperatur in der Nähe der Curie-Temperatur T (Curiepunktschreiben) bewirkt. Das kleine magnetische
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Feld ist noch im Magnetfilm 10 vorhanden. Wenn der Laserpuls
weggenommen wird, kühlt der Teil des Filmes 10, auf welchen der Laserstrahl fiel, aß, während das kleine magnetische Feld noch
vorhanden ist, und die Magnetisierung dieses Filmteiles wird so in diese Richtung umgeschaltet.
In einigen Fällen braucht das kleine Magnetfeld nicht vorhanden zu sein, während der örtlich begrenzte Bereich des Filmes abkühlt,
wenn in dem Film 10 genügend magnetischer Rück Schluss pfad existiert, der ausreicht, um die umgekehrte Magnetisierung zu bewirken.
Das Schreiben über den Curiepunkt oder über den Kompensationspunkt
wird angewandt, um örtlich begrenzte Bereiche des Filmes 10 in den Zustand einer entgegengesetzten Magnetisierung zu versetzen. Der
Vorteil des Kompensationspunktschreibens liegt darin, dass die Koerzitivkraft des Filmes automatisch auf einem richtigen Wert in
der Nähe des Kompensationspunktes liegt, so dass der Film nicht
anfänglich auf diesen Parameter zugeschnitten zu werden hraucht. Beide Schreibverfahren sind an sich bekannt.
In den beschriebenen Punkten (wie z.B. Punkt 38) des Filmes 10 enthaltene Information wird in einfacher Weise unter Ausnutzung des
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magneto-optischen Kerr-Effektes oder des Faraday-Effektes ausgelesen.
Zu diesem Zweck kann derselbe Lichtstrahl 16 wie beim
Schreiben benutzt werden. Die Intensität des Lichtstrahles wird jedoch ungefähr auf 1/10 der zum Schreiben benötigten Intensität
reduziert, so dass kein nennenswerter Temperaturanstieg erfolgt, 1 wenn das Speichermedium 10 dem einfallenden Strahl ausgesetzt
wird.
Während der Schreiboperation gestattete der Modulator 22 dem
Strahl 16 ein ungehindertes Einfallen auf den Speicherpunkt 38. Dadurch wiederum konnte sich der Film schnell auf eine Temperatur erhitzen,
die dicht entweder am Curiepunkt oder am Kompensationspunkt lag. ■ Beim Lesen schwächt der Modulator 22 den Strahl 16, der.den Punkt
liest, so ab, dass seine Intensität etwa 1/10 der zum Schreiben benutzten Intensität hat.
Wenn der Lesestrahl 16 auf eine beschriebene Stelle 38 fällt, wird die
Polarisationsebene des ausgesandten Lichtstrahls entsprechend der Orientierung der Magnetisierung der beschriebenen Stelle gedreht. Es
sei angenommen, dass der Analysator 30 den Lichtstrahl durchlässt, wenn die Folarisationsrichtung des Strahles in eine Richtung gedreht
ist, die der antip3rellelen magnetischen Vektorausrichtung entspricht,
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. 234CK75 *
und dass der Analysator den Lichtstrahl sperrt, wenn seine Polarisations
in eine Richtung entsprechend der parallelen magnetischen Vektorausrichtung gedreht ist. Die Grosse des durch den Detektor 32 erzeugten
Signales zeigt die Magnetisierungsrichtung der beschriebenen Stelle 38 an, die ausgelesen wird.
Es kann entweder eine einzelne Stelle oder das ganze Speichermedium
10 gelöscht werden. Eine lokale Löschung ergibt sich, wenn in einzelne Teile 38 des Filmes 10 neue Information geschrieben wird. Ausserdem
erreicht man eine lokale Löschung, wenn der Laserstrahl 16 eine bestimmte
Stelle trifft, die dann bei Vorhandensein eines kleinen' magnetischen
Feldes in der Richtung des anfangs angelegten Sättigungsfeldes abkühlt. Somit ist der Betrieb ähnlich wie beim Schreiben, jedoch stellt das
kleine magnetische Feld sicher/ dass die örtlich begrenzte Stelle in ihre anfängliche Magnetisierungsrichtung zurückkehrt (oder in ihr verbleibt).
Die Blocklcschung ist vorgesehen durch ein grosses magnetisches
Vorspannfeld in der ursprünglichen Sättigungsrichtung. Der Laserstrahl 16 ist für die Blocklöschung nicht erforderlich.
Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines durch einen Strahl adressierbaren
optischen Speichers, in dem der Speicherfilm 10 auf einem platten-
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förmigen Substrat 12 liegt. Zur Erhöhung der Übersichlicntkeit werden
soweit wie möglich dieselben Bezugszahlen benutzt. Eine bspw. aus einer Lasergruppe oder einem Einzellaser bestehende Lichtquelle 4 liefert einen
Lichtstrahl 16 zum Schreiben oder Lesen von Information in den ausge-
wählten Bereichen 38 des· amorphen Magnetfilmes 10. Wie in Fig. 1 dargestellt, erzeugt ein Polarisator 18 einen linear polarisierten
Lichtstrahl, während ein Analysator 30 beim Lesen Licht bestimmter Polarisations richtungen durchläßt oder sperrt. Der Detektor 32 spricht
auf einfallendes Licht an, und liefert ein elektrisches Signal des Informationszustandes des angesteuerten Bereiches oder Punktes
Zur Lichtquelle 14 gehört eine Intensitätssteuerung 40, mit der die Intensität des Strahles 16 für Schreib- oder Leseoperationen
verändert wird. Die Intensitätssteuerung 40 kann-z. B. eine Schaltung sein, die den Vorspannungsstrom für die Injefcionslaser in
der Gruppe verkleinert, oder ein Modulator, der im Reso'nator des Lasers selbst liegt. Der Plattenantrieb 42 dreht die den Film 10
tragende Platte und das Substrat 12 in Richtung des Pfeiles 44. Somit werden unter Verwendung eines feststehenden Lasers oder einer Lasergruppe,
die den Eingangs strahl liefert, ausgewählte Teile des Filmes 10 adressiert. Wie vorher, kann die Lichtquelle 14 auch eine andere Quelle strahlender
Energie, wie z. B. eines Elektronenstrahles, sein. Ungeachtet der ver-
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ORJGJNAL INSPECTED
23404.
10
wendeten Schreibstrahlquelle, kann zum Lesen allgemein eine Lichtquelle
benutzt werden.
Das in Fig. 2 dargestellte AusfUhrungsbeispiel arbeitet in gleicher
Weise wie das in Fig. 1 gezeigte. Die Betriebsweise wird daher nicht mehr näher beschrieben.
Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines optischen Speiehers
zum Schreiben von Information in den Speicherfilm 10 und zum Lesen solcher Information aus ausgewählten Teilen dieses Filmes unter Ausnutzung
des Kerr-Effektes anstelle des Faraday-Effektes. In diesem Ausführungsbeispiel liefert eine, im allgemeinen als Laeergruppe ausgebildete
Lichtquelle 14 einen Strahl 16, der den Polarisator 18 durchsetzt, bevor er auf das Speichermedium 10 trifft. Das Substrat 12 reflektiert
den Strahl 16 durch einen Analysator 30 auf einen Detektor Wie bei dem in Fig. 2 gezeigten AusfUhrungsbeispiel ist eine
Intensitätssteuerung 40 vorgesehen, um die Amplitude des Strahles 16 verändern zu können.
Die in Fig. 3 gezeigte Vorrichtung arbeitet ähnli ch wie die in den Fig. I
und 2 gezeigten Vorrichtungen. Der Unterschied besteht darin, daß der Strahl 16 vom Substrat 12 reflektiert wird, nachdem er
durch das Speichermedium 10 getreten
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OR/GiNAL INSPECTED
ist und nicht durch das Substrat 12 zum Detektor 32 ■ .
"gelangt. ~"~ fl Diese Art des Auslesens nutzt demnach den
Kerr-Effekt aus und liefert Information analog dem Verfahren, bei welchem der Lichtstrahl 16 durch das Substrat 12 hindurchtritt.
Diese Materialien können massiv oder als Dürtnfilm hergestellt
werden. Im allgemeinen kann jedes bekannte Filmniederschlagsverfahren wie Aufsprühen oder Auf dampfen angewandt werden.
Zur Bildung eines Dickfilmes aus amorphem magnetischen Material ist das Abschreckverfahren geeignet. Bei diesem Verfahren wird eine
aus den Filmbestandteilen zusammengesetzte heisse Flüssigkeit auf eine kalte Oberfläche geleitet, wo die Bestandteile sich verfestigen
und einen amorphen Dickfilm bilden. So erhält man eine schnelle Abkühlung aus der flüssigen Phase.
Die uniaxiale Anisotropie kann in Dickfilme dadurch eingeführt werden,
indem man sie einer Bombardierung energiereicher Atomteilchen in einem angelegten Magnetfeld aussetzt oder durch Wärmebehandlung in einem
Magnetfeld bei einer Temperatur unterhalb ihrer Kristallisationstemperatur.
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Ein anderes Verfahren zur Herstellung von Dickfilmen besteht in ihrer kontinuierlichen Aufdampfung, wie weiter unten beschrieben
wird.
Amorphe magnetische Dünnfilme können das Niederschalgen aus einem Dampf, die schnelle Abkühlung aus einer flüssigen Phase
oder die Ionenimplantation auch zur Einstellung der Anisotropie benutzen.
Im allgemeinen sind diese amorphen Filme abhängig von der Niederschlagsrate der Partikel auf dem Substrat, der Temperatur des
Substrates und dem Einfallswinkel der sich auf dem Substrat niederschlagenden Atome bzw. Ionen. Wenn die hereinkommenden Partikel
nicht in einen Gleichgewichtszustand mit Gitterplätzen des Substrates gelangen können, steigt die Tendenz zur Ausbildung amorpher Filme.
In diesem Zusammenhang wird verwiesen auf S. Mader "The Use of Thin Films in Physical Investigations", herausgegeben von J.C. Andersen
(Academic, New York, 1966) Seite 433 und die US-Patentschrift Nr. 3,427,154, wo die Herstellung amorpher Dünnfilme beschrieben
wird.
Um die Paarordnung als Mittel zur Erzielung uniaxialer Anisotropie in
diesen Filmen zu begünstigen, scheint es wichtig zu sein, dass die niedergeschlagenen Partikel das Substrat nicht in der Normalenrichtung
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treffen. Die hereinkommenden Ionen sollten noch eine Geschwindigkeitskomponente parallel zur Substratoberflache haben, um eine uniaxiale
Anisotropie in den Filmen zu bewirken. Dieser Streifwinkel ergibt eine Beweglichkeit parallel zum Substrat, die wiederum die Paarordnung
begünstigt, da sich die hereinkommenden Partikel auch in seitlichen Richtungen noch bewegen können und so Gitterplätze wählen, welche
die Energie des Systems durch die entmagnetisierenden Felder des Materials heruntersetzt. Die Phasentrennung wird begünstigt und
führt zu einer Formanisotropie, weil Anhäufungen gleichartiger Atome sich an Gitterplätzen gruppieren, wo die Energie des Systems herabgesetzt
wird. Das wiederum führt zu Zusammensetzungsgruppierungen, die Anisotropie im Film verursachen, wie oben schon einmal erklärt wurde.
Ein anderer Faktor für die Erzielung uniaxialer Anisotropie ist die
Niederschlagsrate der hereinkommenden Partikel. Wenn diese Niederschlagsrate zu hoch ist, können sie sich nicht ungehindert auf der Substratoberfläche
herumbewegen und begrenzen dadurch die Beweglichkeit parallel zum Substrat.
Während die in der Aufsprüheinrichtung benutzte Substratvorspannung
ansteigt, steigt auch allgemein die Anisotropie, weil die Vorspannung die hereinkommenden Ionen von der Oberfläche, des niederschlagenden
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. 2.34Q475
Films durch erneutes Ionenbombardement löst. Demzufolge haben die Ionen eine grössere Beweglichkeit parallel zur Substratoberfläche,
wodurch sie bevorzugte Plätze einnehmen können, die zur Zusammensetzung sgruppierung oder Paarordnung führen.
Für den Niederschlag amorpher magnetischer Materialien wird die Substrattemperatur relativ niedrig gehalten. Diese Filme können
bei Raumtemperatur oder niedrigeren Temperaturen niedergeschlagen werden und werden im allgemeinen bei einer Temperatur niedergeschlagen,
die niedriger ist als diejenige Temperatur, welche die Kristallisation der Materialien hervorrufen würde. Für amorphe Gd-Co-Materialien
gilt z.B. eine obere Grenze für die Substrattemperatur von etwa 300 C, die Kristallisationstemperatur.
Abhängig von der Niederschlagsrate, können amorphe magnetische Filme in einem grossen Bereich der Substrattemperatur erzeugt werden.
Ungeachtet der tatsächlichen.Niederschlagsrate muss aber die Substrattemperatur
im allgemeinen unterhalb der Temperatur liegen, bei welcher die Kristallisation erfolgt. ".
Amorphe magnetische Materialien können auch mit Hilfe von spannungsinduzierter
Anisotropie hergestellt werden. Diese Art der Anisotropie kann
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zusammen mit anderen Verfahren zur Erzielung von Anisotropie-(Paarordnung
usw.) oder auch allein verwendet werden. Für die spannungsinduzierte Anisotropie wird ein Substrat gewählt, welches
sich mit der Magnetostriktion des niedergeschlagenen Filmes so koppelt, dass im amorphen Film die Anisotropie erzeugt wird. Wenn
der Film bei einer anderen als der Raumtemperatur niedergeschlagen wird und Film und Substrat unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten
haben, erfährt der Film bei Raumtemperatur eine mechanische Vorspannung.
Wie bereits gesagt wurde, können viele Substrate verwendet werden.
Da die Einschränkungen der kristallographischen Uebereinstimmung der .
Gitterstrukturen bei der Herstellung amorpher Filme nicht gelten, ist die Auswahl der Substrate praktisch unbegrenzt. Diese Substrate können
aus allen bekannten Materialien einchliesslich Metallen, Isolatoren und Halbleitern bestehen. Sogar nicht-starre Substrate, wie Plastikmaterialien,
können verwendet werden.
Filme, deren Achse der Anisotropie innerhalb der Ebene liegt, können in Filme
mit Anisotropie in Normalenrichtung umgewandelt werden, indem man diese
Filme erhitzt. Die Erhitzung von Gd-Co-Filmen auf etwa 300 bis 400°C z.B.
lässt die in der Ebene liegende Anisotropie in eine flächennormale Anisotropie
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umschalten. Mit wachsender Filmdicke nimmt auch die Wahrscheinlichkeit
einer rechtwinkligen Anisotropie zu. Gd-Co-Filme mit einer Dicke von mindestens 2000 A zeigen z.B. im allgemeinen eine rechtwinklige
Anisotropie.
Amorphe magnetische Zusammensetzungen mit uniaxialer Anisotropie wurden durch Aufsprühen (DC und RF, d.h. Gleichstrom verfahren und
Hochfrequenz-Wechselstromverfahren) und durch Elektronenstrahlverdampfung
erzeugt. Es wurden im allgemeinen nur Filme erzeugt, die eine amorphe Struktur hatten, wie durch Elektronenstrahlbeugungsuntersuchungen
nachgewiesen wurde. Magnetische Anisotropien wurden parallel oder rechtwinklig zur Filmebene erzeugt.
I. Durch Elektronenstrahlverdampfüng hergestellte Schichten
Bei diesem Verfahren der Filmherstellung wurde zuerst eine polykristalline
Fangelektrode in konventioneller Technik vorbereitet. Kleine Stücke der in
der Fangelektrode zu verwendenden Bestandteile wurden in einer Schutzgasatmosphäre,
z.B. in Argon, geschmolzen. Das Schmelzen erfolgte in einem wassergekühlten Kupfer'sdimdzaauxi eines handelsüblichen Lichtbogenofens.
Die Temperatur wurde auf die Schmelztemperatur der Bestand-
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teile zur Bildung eines im Lichtbogen geschmolzenen Blockes angehoben.
Das ergeb im allgemeinen eine polykristalline Fangelektrode.
Im Labor wurden Proben von Fangelektroden aus im Lichtbogen geschmolzenem GdCo1. hergestellt.
Danach wurde die Fangelektrode in ein Ultra-Hochvakuum-Aufdampfgefäss
-9
mit einem Basisdruck von etwa 10 Torr gesetzt. Der Block wurde in ein«?n<
mit einem Basisdruck von etwa 10 Torr gesetzt. Der Block wurde in ein«?n<
wassergekühltes Kupfer'sdmdzram ge setzt und durch einen von einer
Elektronenkanone im Gefä'ss gelieferten Elektronenstrahl erhitzt. Beschleunigungsspannungen
von ungefähr 10 kV wurden zusammen mit Strahlströmen von etwa 100 mA benutzt.
Die zum Niederschlagen dieser Filme verwendeten Substrate waren willkürlich gewählt, Substrate aus Glas, poliertemGiess- ■
quarz, Steinsalz und Saphir/erfolgreich verwendet. Die Substrate wurden
mit flüssigem Stickstoff gekühlt und hatten während des Aufdampfens eine Temperatur von etwa 100 K. Die Niederschlagsrate betrug allgemein
etwa 30 A pro Sekunde.
In einem Beispiel wurden Filme mit einer Dicke von 400 bis 4000 A erzeugt. Diese Filme bestanden aus Gd-Co Legierungen, die sich bei
Elektronenstrahlbeugungs-beobachtung als amorph erwiesen. Die Atome
4098U/1090
YO 9-72-077 - 38 -
der das Substrat treffenden Niederschlagsmaterialien trafen in-
einem Streifwinkel (einem von 90 zur Substratebene verschiedenen
Winkel) das Substrat, um die oben erwähnte uniaxiale Anisotropie zu erreichen. Quer zur Schicht magnetisierte Domänen waren in
diesem Film zu sehen. - - ·■
Bei einem anderen Filmniederschlag betrug die Substrattemperatur
273 K. Gleiche Substrate wurden verwendet und ausserdem Substrate aus BaTiO und Substrate aus gespaltenem Glimmer. Die Zusammen-
Setzung der Fangelektrode (GdCo ) war dieselbe wie bei den im obigen
Abschnitt erwähnten Filmen mit einer Dicke zwischen 400 und 4000 Ä.
Bei diesem Niederschlag wurde nur die Substrattemperatur verändert. In djesem Falle zeigte der Film Kristallite in einer praktisch amorphen
Gitterstruktur angeordnet, was beweist, dass die Substrattemperatur bei der Herstellung mit Elektronenstrahivewfarrpfung ; kritisch ist. Um
im wesentlichen amorphe Filme zu bekommen, muss man die Substrattemperatur
aufwerte unterhalb 273 K senken.
Bei einem anderen Niederschlag mit Elektronenstrahlverdampfung war
die Fangelektrode aus GdCo und das Substrat wurde mit flüssigem
Ct
Stickstoff gekühlt. Der erzeugte Film war amorph und hatte in der
Filmebene liegende einachsige Magnetisierung. Die Magnetisierung M
4098U/1090
YO 9-72-077 - 39 -
340475
dieser Zusammensetzung war anscheinend zu hoch, so dass das
Verhältnis H./4itM nicht ganz korrekt eingehalten war, um
A s
Domänen mit der Magnetisierung quer zur Schicht existenzfähig zu erhalten.
Viele amorphe Filme wurden durch Gleichstrom- und Hochfrequenz-Aufsprühen
bei verschiedenen Werten für die Sprühparameter erzeugt. Diese Filme zeigten normale oder parallele uniaxiale magnetische
Anisotropie. Viele Magnetisierungswerte und Werte anderer magnetischer
Parameter wurden erhalten.
Die nachfolgenden Tabellen beschreiben die Aufsprühbedingungen und
die Filmdaten für verschiedene Proben amorpher magnetischer Filme
für die optische Speichereinrichtung, Für die von einer Fangelektrode aus GdCo erzeugten Filme werden zusätzliche Tabellen gebracht,
die den Sprühprozess genauer beschreiben, um die Herstellung dieser amorphen Filme vollständiger zu erläutern. Da vor dem eigentlichen
Niederschlag durch Sprühen nur vorher einige an sich bekannte Schritte und hinterher noch Reinigungsschritte erforderlich sind, zeigen die den
Aufsprühprozess mittels einer GdCo -Fangelektrode betreffenden Einzelheiten auch ausreichend Information zum Verständnis von Verfahren
4098U/1Q90
YO 9-72-077 -40-
zum Aufsprühen von Filmen aus Fangelektroden mit anderen Zusammensetzungen
In den, den nachfolgenden Tabellen zugrundeliegenden Versuchen wurde
mit Gleichstrom aufgesprüht, wenn in der Spalte "Anoden-Kathodenspannung"
von Null verschiedene Werte stehen. Ist der dort angegebene Wert gleich Null, wurde mit Hochfrequenz aufgesprüht. Für die Hoch-
frequenzaufsprühung ist die Leistung in Watt und die Leistungsdichte
in Watt pro cm . angegeben, während bei der Gleichstromaufsprühung
der Strom in Milliampere und die Stromdichte in Milliampere pro cm , angegeben ist.
Zur Herstellung des elektrischen Kontaktes beim Aufsprühen waren ausserdem die Proben für das Gleichstromaufsprühen auf der Substratrückseite
mit Metall überzogen. Ausserdem waren alle Substrate an der Rückseite durch Gallium mit einem wassergekühlten oder mit flüssigem
N_ gekühlten Metallblock elektrisch verbunden. Die aus flüssigem Gallium
bestehende Schicht zwischen dem Substrat und dem Metallblock lieferte dazu auch eine gleichmässige Wärmeverteilung.
Bei diesem Aufsprühverfahren schwankte der Abstand zwischen Anode und Kathode im allgemeinen zwischen 25 und 32 mm, er kann jedoch auch
beliebig anders eingestellt werden. Die Grosse "Atomverhältnis Co/Gd"
A098U/1090
YO 9-72-077 - 41 -
wurde durch eines der folgenden Verfahren bestimmt: Streuung von Alphateilchen, Elektronen Strahlbeugung oder Röntgenstrahl-Fluoreszenz-Analyse.
In den Tabellen mit Einzelheiten des Aufsprühprozesses für mit einer GdCo -Fangelektrode erzeugte Filme werden vor dem eigentliehen
Niederschlag durch Aufsprühen Vor sprüh schritte und Sprühreinigungsschritte durchgeführt. Der Vorsprühschritt ist eine Reinigung
des Systems mittels eines Getterstoffes, wodurch die Fangelektrode gereinigt wird. Das Aufsprühen erfolgt von der Fangelektrode und ihre
Atome werden in der Kammer niedergeschlagen. Die Substrate werden jedoch während dieser Reinigung durch einen mechanischen Verschluss
abgedeckt, und die Atome der Fangelektrode schlagen sich so nicht auf dem Substrat nieder.
Während des Sprühreinigungsschrittes wird -die Oberfläche des Substrates
durch Sprühen zwischen dem Verschluss und dem Substrat gereinigt, wobei der Verschluss vom liegt und die Fangelektrode sperrt. Der Verschluss
liegt auf Erdpotential, während eine negative Spannung von etwa 120
Volt an das Substrat angelegt wird. Dadurch wird die Substratoberfläche
-für den nachfolgenden Niederschlag gereinigt. Während des eigentlichen
Sprühniederschlages werden die Verschlüsse geöffnet und das Sprühen
4098U/1090
YO 9-72-077 - 42 -
erfolgt zwischen Fangelektrode und dem Substrat.
Während des Sprühprozesses wurde auch die Auswirkung von Magnetfeldern
mit rechtwinklig zur Substratebene und zur Fangelektrodenebene verlaufenden Komponenten geprüft. Es wurde festgestellt,
dass das magnetische Feld die Niederschlagsrate dadurch zwar etwas a'ndert, indem es das Plasma etwas konzentriert, jedoch keinen
wesentlichen Einfluss auf die magnetischen Eigenschaften der niedergeschlagenen Filme hat.
Diese aufgesprühten Filme können so eingestellt werden, dass sich gut brauchbare Filme für durch einen Strahl adressierbare optische
Speicher ergeben. Filme aus GdCo mit 78 Atomprozent CO zeigten z.B.
eine rechteckige Hysterese-Schleife, H = 170 Oe (gemessen bei
Raumtemperatur) und eine gute Faraday1 sehe Drehung.
409814/1QÖ0
YO 9-72-077 -43_
i Oi-i\U£iiiUliJüi
Fang- elektiode |
FiLm . | RF Leistung (Watt) oder DC Strom (mA) |
Anoden- Kathoden- Spannunq |
Vor spannung |
Anfangs druck xl 0~ (Torr) |
Arbeits druck (u) |
Kathode Durchmesser (Zoll) |
Ndrschi, zeit (Min.) . |
Sub. Temp. |
- | RF Leistungsdichte (Watt/cm ) oder DC Stromdichte (m A/cm ) |
GdCo- | Gd-Co 47 | 200 | 0 | 0 | 7.8 | 4 25 |
3 | 25 | 20 | '180,- | |
Gd-Co 52 | 200 | 0 | 0 | 8.0 | 21 | 3 | ' 24 | 20 | ' 180 | ||
Gd-Co 54 | 200 | • 0 | 35 | 9.0 | 22 | 3 | 30 | 20 | 180 | ||
Gd-Co 55 | 200 | ' 0 | 100 | 14 | 24 | 3 | '45 | " 20 | 180 | ||
Gd-Co 62 | 45 | 2000 | 50 | 10 | 81 | .3 | 25' | 20 | 38 | ||
Gd-Go 53 | 110, | 2 000 | 50 | 5.6 | 68 | 4 | 35 | . 20 | 58 | ||
O ίο |
Gd-Co 67 | 69 | '2000 | 50 | 11 | 67 | 4 | 37 | 20 | 32 - | |
G* | Gd-Co 69 | 60 | 2000 | 50 | 5.6 | 72 | 4 | 170 | 20 | 32 | |
*■» | Gd-Co 70 | 42 | 2000 | 25 | 14 | 66 | 4 | 30 | 20 | 19 > | |
ο | Gd-Co 71 | 65 | 2000 | 75 | 30 | 54 | 4 | 20 | • 20 | ' . 32 | |
«ο
ο |
Gd-Co 73 | 90 | 2000 | 100 | 11 | 64 | 4 | 2 0 | 20 | 45 £ | |
Gd-Co 74 | 115 | ' 2000 | - 150 | 8.7 | 71 | 4 | 15 | 20 | 58 | ||
Gd-Co 76 | 350 | 0 | 0 | 6.8 | 25 | 4 | 25 | 20 | 180 | ||
GdCo2 | Gd-Co 91 | 200 | 0 | 100 | 13 | 22 | 4 | 30 | 20 | 103· | |
Gd-Co 95 | 200 | 0 | 100 | . 5.6 | 20 | 4 | 60 . | 20 | 103 | ||
Gd-Co 96 | 200 | 0 | 85 | 3.2 | 19 | 4 ' | 140 | 20 | 103 ro | ||
GdFe4 | Gd-Fe 1 | 200 | 0 | 0 | 7.1 | 19 | 4 | 30 | 20 | 103 W | |
Gd-Fe 2 | 200 | 0 | 0 | 6.6 | 17 | 4 | • 30 | 20 | 103 O | ||
Gd-Fe 4 | 45 " | • 2000 | 50 | 6.3 | 79 | 4. | 42 | 20 | 25 -J | ||
YO 9-72 | -077 | - 44 - |
Film Atomverhältnis 4JTM (Oe)
Gd-Co 47 | 6.53 * |
Gd-Co 52 | 5.52 |
Gd-Co 54 | 5.94 |
Gd-Co 56 | 10.04 |
Gd-Co 62 | 4.54 |
Gd-Co 63 | 3.68 |
** Gd-Co 67 | 4.17 |
cd Gd-Co 69 OO -* Gd-Co 70- |
4.74 |
-s. Gd-Co 71 | 4.96 |
ο Gd-Co 73 | 5.57 |
O Gd-Co 74 | 6.53 . |
Gd-Co 76 | 5.16 |
Gd-Co 91 | 3.34 |
Gd-Co 92 | 1.78 |
Gd-Co 96 | 3.0 |
Gd-Fe 1 | |
Gd-Fe 2 | |
Gd-Fe 4 | |
YO 9-72-077 |
4900
8OO0
3500
426
4800 3800
Dicke (S)
5263
8471
9000
3500
7964
16580
15530
70000
8195
7853
12000
8400
12380
5546
6110
28400
10860
5140 . 12058
Flä'chenwider- .Domänen-
Stand inOhm/Flächeneiihbreite (μ)
44,705
9,999
7,741
10, 32Γ
6,296
0.75
2.5
0.80
1.6
1.0
10.0
2.2
1.0
0.83
1.7
Niederschlags- rate (a/sec.) |
Anisotropie | ro |
■ 3.51 | normal stark parallel schwac |
J> |
5.88 | parallel | •o |
5.00 | -j | |
; 1.30 | parallel | |
5.31 | normal 1% N0 | |
7.90 | normal | |
7.00 | normal | |
' 6.90 | normal | |
4.55 | normal | |
6.54 | parallel j£ | |
10.00 | normal | |
9.33 | normal/parallel | |
8.25 | parallel | |
3.08 | ||
1.70 | ||
3.38 | ||
6.03 | ||
2.86 | ||
4.78 |
- 45 -
Aufsprühbedingungen (Fangelektrode GdCo5)
O CO O
Gd-Co
(Substrate Al2O3,
SiO2)
Einfallende RF (Watt) Reflektiert (Watt)
Kathoden spannung Vorspannung
Anfangsdruck, Kammer (xlO Anfangsdruck, Stutzen (xlO Kammerdruck {μ) Argon
Kathodendurchmesser (mm) Zeit (Min.) Temperatur ( C)
Vorsprühen | Sprühreinigen | Aufsprühen | |
100 | 350 | 200 | |
2 | 2 | 2 | |
0. | 120 | 75 | |
Torr) | 7.8 | 7.8 | |
Torr) | 5 | -— | |
25 | 22 | 25 | |
76 | 76 | 76 | |
30 | 10 | 25 | |
20 . ' | 20 | 20 |
YO 9-72-077 -46 -
.Gd-Co
(Substrate SiO2)
Einfallende Rt' (Watt) Reflektiert (Watt) Kathodenspannung
i Vorspannung
Anfangsdruck, Kammer (xlO "Torr)
—8
Anfangsdruck/ Stutzen (xlO Torr)
Kammerdruck (u) Argon Kathodendurchmesser Zeit (Min.) '
Temperatur (°C)
23
76
60
20
20
..art»—«■■■» ■■"
120
21
76
10
20
0 8
21
76
24
20
Gd-Co
(Substrate SiO2)
Einfallende RF (Watt) Reflektiert (Watt) Kathodenspannung Vorspannung
Anfangsdruck, Kammer (xlO ,Torr)
—8 Anfangsdruck, Stutzen (xlO Torr)
1 Kammerdruck ^u) Argon
Kathodendurchmesser (mm) Zeit (Min.) Temperatur ( C) 100
2
2
23
76
60
20
20
350
2
2
120
22
76
20
200 0
35
22
76
30
20
YO 9-72-077
Gd-Co (Substrate SiO2)
Einfallende RF (Watt) 'Reflektiert (Watt) Kathodenspannung Vorspannung
Anfangsdruck,, Kammer (xlO Torr)
Anfangsdruck, Stutzen (xlO Torr) | |
Kammerdruck {μ) Argon | |
Kathodendurchmesser (min) | |
Zeit (Min.) | |
Temperatur ( -C) | |
Gd-Co 62 | Strom (mA) DC |
(Substrate | Reflektiert (Watt) |
SiO2) | Kathodenspannung |
plus 1%N„ | Vorspannung |
—8 Anfsngsdruck, Kammer (xlO Torr)
—8
Anfangsdruck, Stutzen (xlO Torr)
Kammerdruck (u) Argon Kathodendurchmesser "(rom)
Zeit (Min.) Temperatur ( C)
100 2
0 14
25 76
60 20
30
2000
10
81
76 5 20
YO 9-72-077
- 48 -
Spruhcetniqen.
120
24
76
;10
20
20
100
24
76
45 20
45
2000 50 i0
81
76 25
20
(Substrate
SiO2)
üU'Giü
Reflektiert (Watt)
Kathodenspannung
Kathodenspannung
Vorspannung
Anfangsdruck, Kammer (xlO °Torr)
Anfangsdruck, Stutzen (xlO Torr) Kammerdruck (μ) Argon
Kathodendurchmesser (mm) Zeit (Min.)
Temperatur ( C)
Temperatur ( C)
ο co CX) |
Gd-Co 67 (Substrate |
DC Strom (mA) Reflektiert (Watt) |
(xl0"8Torr) |
/ 109 | Α12°3' SiO2) |
Kethodenspannung Vorspannung |
(xlO"8Torr) |
ο | Arifangsdruck, Kammer | ||
g | , AnIaηysdruck, Stutzen | (mm) | |
M
Q MJM |
Kammerdruck (μ) Arbon | ||
P | Kathodendurchmesser | ||
•ζ.
φ |
Zeit (Min.) | ||
-σ
§ |
Temperatur ( C) | ||
m
σ |
ι · ,; | ||
YO 9-72-077 | |||
2000 0 ' 5.6
70 101 35 20
2000 0
11
101
60
20
'(UL | lYau.t- C | |
1 i'U | an | Anode |
108 | an | |
2000 | ||
50 | ||
5 | .6 | |
68 | ||
101 | ||
35 | ||
20 | Kathoc | |
69 | an | Anode |
73 | an | |
2000 50 11
67
101 37
20
OO
Ca)
■o
-49. -
Gd-Co (Substrate
Ά 2 3' SiO2)
O CO O
Strom (mA) DC
Reflektiert (Watt)
Kathodenspannung·
Vorspannung
Anfangsdruck, Kammer (xlO Torr)
—8 Anfangsdruck, Stutzen (xlO Torr)
Kair;merdruck (μ) Argon
Kaihodendurchmesser (mm)
Zeit (Min.) Temperatur (°C)
Vorsprühen ( 60
2000 0
9.3 und 5.6
110
101
an Kathode an Anode
2000
(erste 20 see geerdet)
5.6
72 101 170
20
Gd-Co (Substrate, SiO9,
Strom (mA) DC
Reflektiert (Watt) ' Kothodenspannung,
Vorspannung
-8
Anfangsdruck, Kammer (xlO Torr)
—8
Anfangsdruck,. Stutzen (xlO Torr)
.Kammerdruck (u) Argon Kathodendurchmesser (mm)
Zeit (Min.) Temperatur (°C) ,
2000
110
101
30
20
an Kathode an Anode .-,
2000 25 14
66 101
30 20
-SO-
Gd-Co /ι | DC Strom (mA) | ■ | Torr) |
(Substrate | Reflektiert (Watt) | Torr) | |
SiC2, | Kaihodenspannung | (xlO"8 | |
Saphir^ | Vorspannung | (xlO"8 | |
Ani'angsdruck, Kammer | |||
-P»
CD |
Anfangsdruck, Stutzen | (nun) | |
(D
OO |
Kammerdruck (u) Argon | ||
•T- | Kathcdendurchme s ser' | ||
Zeit (Min.) | |||
Gd-Co 73
(Substrate
Quarz /
(Substrate
Quarz /
Temperature ( C)
DC Strom (mA)
Reflektiert (Watt)
Kathodendurchmesser
Vorspannung
Anfangsdruck, Kammer.(xlO Torr)
Anfangsdruck, Stutzen (xlO Torr)
Kammerdruck ^i) Argon
Kathodendurchmesser '{ram)
Zeit (Min.)
Temperatur ( C)
YO 9-72-077
2000 0
120
101
2000
11
110
ιοί
70 20
- 51 -
bb
2000 75
.54
101
an Kathode an Anode
^ 100 11
64
101
- 20
20 ro
CJ
.cn
Gd-Co (Substrate SiO2)
O CD CO
σ co ο
Gd-Co (Substrate Quarz, Al2O3)
Strom (τηΑ) DC
Rc-:flektiert (Watt) Kathodenspannung
Vorspannung
Anfangsdruck, Kammer (xlO Torr)
—8
Anfangsdruck, Stutzen (xlO Torr)
Kammerdruck (u) Argon Kathodendurchmesser· (mm)
Zeit (Min.) Temperatur (. C) ·.
Einfallende RF (Watt) Reflektiert (Watt) Köthodenspannung
Vorspannung
—8* Anfangsdruck, Kammer (xlO Torr)
—8
Anfangsdruck, Stutzen (xlO Torr)
Kammerdruck (μ) Argon Kathodendurchmesser "(mm)
Zeit (Min.) Temperatur ( C)
Vor sprüh en 80
2000 0 8.7
110 101
60 20
100 T
0 6.8
24 . 101 30 20
Sprühreinigen | Aufsprühen |
·—· -in | 115 an Kathode |
155 an Anode | |
2000 | |
150 | |
> — | 8.7 |
— | 71 |
-W- | "101 |
15 | |
-— | 20 |
350 | 350 |
2 | 2 ___ ** |
120 ■ · | 0 |
—- | 6.8 |
24 - | 25 |
4 | 101 |
.10 | 25 |
20 | 20 |
I ·
YO 9-72-077
- 52 -
Claims (24)
1. Optischer Speicher mit einem magnetischen Speichermedium, das mittels eines elektromagnetischen Strahls eingeschrieben,
ausgelesen und gelöscht werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß das Speichermedium (10) aus einer amorphen, magnetische
Eigenschaften aufweisenden Substanz besteht.
2. Optischer Speicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Speichermedium (10) aus einer amorphen, eine uniaxiale
Anisotropie der Magnetisierung aufweisenden Substanz besteht.
3. Optischer Speicher nach den Patentansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die amorphe magnetische Substanz eine
atomare Nahbereichsordnung (mikrokristalline Struktur) der Größenordnung von 100 A oder weniger hat.
4. Optischer Speicher nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die amorphe magnetische Substanz eine atomare Nahbereichsordnung (mikrokristalline Struktur) von 25 A oder
weniger hat.
mehreren
5. Optischer Speicher nach einem oder/der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die amorphe magnetische Substanz eine Komponente enthält, die in wenigstens einem atomaren Zustand
ein magnetisches Moment aufweist.
6. Optischer Speicher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Komponente zur Gruppe der 3d-, 4f- oder 5f-Elemente
des periodischen Systems zählt.
YO 972 077 - 53 -
4 0 9 8 U / 1 0 9 0 ORIGINAL INSPECTEB
7. Optischer Speicher nach einem oder mehreren der Ansprüche
1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die amorphe magnetische Substanz aus mehreren Komponenten besteht, von denen mindestens
eine einen unpaarigen Elektronenspin aufweist, so daß das Material
in seiner Gesamtheit ein resultierendes magnetisches Moment hat.
8. Optischer Speicher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die aus mehreren Komponenten bestehende amorphe magnetische Substanz eine binäre Legierung ist.
9. Optischer Speicher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die binäre Legierung aus einem Element der seltenen
Erden und einem Über gang smetall besteht.
10. Optischer Speicher nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die amorphe magnetische Substanz ein zusätzliches Element enthält, das antiferromagnetisch mit den magnetischen Atomen * koppelt.
daß die amorphe magnetische Substanz ein zusätzliches Element enthält, das antiferromagnetisch mit den magnetischen Atomen * koppelt.
11. Optischer Speicher nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die amorphe magnetische Substanz ein zusätzliches Element enthält, das ferromagnetisch mit den magnetischen Atomen
koppelt.
daß die amorphe magnetische Substanz ein zusätzliches Element enthält, das ferromagnetisch mit den magnetischen Atomen
koppelt.
12. Optischer Speicher nach einem oder mehreren der Ansprüche
1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die amorphe magnetische Substanz mindestens eines der Elemente O, N, C oder P enthält.
13. Optischer Speicher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Legierung
Gd-Co enthält.
YO 972 077 - 54 -
409814/1090
14. Optischer Speicher nach einem oder mehreren der Ansprüche
1 bis 9« dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Legierung Gd-Fe enthält.
15. Optischer Speicher nach einem oder mehreren der Ansprüche
1 bis 9« dadurch gekennzeichnet, daß die amorphe magnetische
Gd-Co Substanz mindestens eine der Legierungen, Tb-Co, Ho-Fe oder
Df-Co enthalt.
16. Optischer Speicher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
% dadurch gekennzeichnet, dal} die genannte Legierung mindestens ein zusätzliches Element als Beimischung enthält.
17· Optischer Speicher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
16, dadurch gekennzeichnet, daß die uniaxiale magnetische Anisotropie senkrecht zur Schichtebene gerichtet ist.
18. Optischer Speicher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
17, dadurch gekennzeichnet, daß der zum Einschreiben in den
Speicher dienende Strahl aus elektromagnetischer Strahlung im
* sichtbaren Bereich des Spektrums besteht.
19. Optischer Speicher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
17, dadurch gekennzeichnet, daß der zum Einschreiben in den Speicher dienende Strahl ein Elektronenstrahl ist.
20. Optischer Speicher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
19, gekennzeichnet durch eine derartige Bemessung der Energie des Einschreibstrahls, daß die aus einer amorphen Substanz bestehende
Speicherschicht lokal kurzzeitig auf eine Temperatur in der Nähe der magnetischen Kompensationstemperatur erhöht wird.
21. Optischer Speicher nach einem oder mehreren der Patentansprüche
1 bis 19, gekennzeichnet durch eine derartige Bemessung der Energie
YO 972 077 - 55 -
4098U/1090
ORIGINAL INSPECTED
dee Einschreibßtrahls, daß die aus einer t-morphen magnetischen
Substanz bestehende Speicher schicht (10) lokal kurzzeitig auf eine • Temperatur in der Nähe der Curie-Temperatur erhöht wird.
22. Optischer Speicher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
21, gekennzeichnet durch eine Quelle für linear polarisiertes Licht, einen Analysator und einen Detektor zum Auslesen der gespeicherten
Information.
23. Optischer Speicher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
21, gekennzeichnet durch Mittel zum Anlegen eines in der Ebene der Speicher schicht wirksamen Magnetfeldes.
24. Optischer Speicher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
23, gekennzeichnet durch einen als Lichtquelle (14) dienenden Laser mit veränderbarer Strahlungsintensität.
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40981 U/ 1 090
Leerseite
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US05/284,512 US3949387A (en) | 1972-08-29 | 1972-08-29 | Beam addressable film using amorphous magnetic material |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
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