DE2835203C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer polykristallinen Kobalt-Spinell-Ferritschicht, bei dem eine Lösung aus einem Lösungsmittel und Metallsalzen, deren Oxide das gewünschte Ferrit bilden, auf eine Unterlage durch Versprühen aufgetragen wird und die aufgetragene Lösung in eine Kobalt-Spinell-Ferritschicht umgesetzt wird.

Ein solches Verfahren ist aus DE-OS 22 31 138 bekannt, das eine magnetische Speicherschicht aus einem Kobalt-Spinell-Ferrit be­ trifft, die durch Aufbringen eines Lösungsgemisches der benötigten Eisen- und Kobaltsalze auf eine Unterlage und Umsetzen der Lösung in eine feste Kobalt-Spinell-Ferritschicht erhalten wird. Die Koerzitivfeldstärke H _c der bekannten magnetischen Speicherschicht liegt zwischen 16 · 10³ A/m und 48 · 10³ A/m, was eine für die magnetische Aufzeichnung ausreichende Speicherdichte garantiert. Für eine optische Speicherung dagegegen, die bei thermomagnetischen Aufzeich­ nungsverfahren verwendet wird, wird eine sehr viel höhere Speicher­ dichte benötigt und es ist demzufolge eine sehr viel höhere Koerzitiv­ feldstärke H _c erforderlich.

Aus der Veröffentlichung AIP Conference Proceedings Nr. 24 (1975) S. 186-187, ist bekannt, polykristallines CoRhFeO₄ durch Heiß­ pressen bei einer Temperatur von 1000°C und einem Druck von etwa 5000 bar herzustellen. Der so hergestellte Werkstoff hat bei einer Wellenlänge von etwa 700 nm einen doppelten magnetooptischen Kerr­ effekt von 0,6 Grad (gemessen bei Raumtemperatur). Aufgrund seiner Eigenschaften ist dieser Werkstoff zur Verwendung in Modulatoren, Isolatoren und optischen Speichern geeignet.

Dieses bekannte Verfahren hat den Nachteil, daß die erforder­ liche Kombination von hoher Temperatur mit hohem Druck wirt­ schaftlich unvorteilhaft ist und daß das gebildete Produkt eine für die erwähnten Verwendungen verhältnismäßig niedrige magneto­ optische Drehung aufweist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bildung einer magnetooptischen Kobalt-Spinell-Ferritschicht zu schaffen, das wirtschaftlich vorteilhaft ist und mit dem eine Schicht mit hoher magnetooptischer Drehung erhalten wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Lösung als Aerosol auf die Unterlage aufgetragen wird, daß die Unterlage während des Auftragens auf eine Temperatur erhitzt wird, bei der die Metallsalze zerfallen, so daß auf der Unterlage eine Kobalt-Ferritschicht mit Spinellstruktur gebildet wird, und daß das Auftragen solange fortgesetzt wird, bis eine Ferrit­ schicht mit einer vorbestimmten Dicke entstanden ist.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß es sehr einfach ausführbar ist und ein Produkt mit einem doppel­ ten Kerreffekt bei einer Wellenlänge von 720 nm schafft, der zweimal bis viermal größer ist als der der mit Hilfe des bekannten Verfahrens erhaltenen Schicht.

Der hohe Kerreffekt ist mutmaßlich der Tatsache zuzuschreiben, daß durch das erfindungsgemäße Verfahren, das eine niedrige Herstellungstemperatur ermöglicht, ein Werkstoff mit einem Kristallgitter erhalten wird, in dem wesentlich mehr Co-Ionen an Tetraederstellen vorhanden sind als es bei Werkstoffen der Fall ist, die bei hoher Temperatur hergestellt sind und bei denen sich verhältnismäßig viele Co-Ionen an Oktaederstellen befinden. Die Co-Menge an Tetraederstellen ist nämlich für die magnetooptische Drehung bestimmend. Das bedeutet, daß Halogenide von Kobalt (z. B. Chloride von Kobalt) im erfindungsgemäßen Ver­ fahren nicht brauchbar sind, weil wäßrige Lösungen derartiger Halogenide eine hohe Herstellungstemperatur wegen ihrer hohen Zerzetzungstemperatur erfordern. Außerdem können sich Oxihaloge­ nide bilden, die sich oft schwer aufspalten.

Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlage auf eine Tempera­ tur zwischen 450 und 650°C erhitzt wird. Auf diese Weise werden gute Ergebnisse erreicht. Hierbei wächst eine polykristalline Schicht direkt auf dem Substrat auf. Unterhalb etwa 450°C bildet sich eine Schicht, die nicht gut kristallin oder sogar amorph ist. Oberhalb etwa 650°C sinkt die Wachstumsgeschwindigkeit auf wirtschaftlich uninteressante Werte ab.

Als Metallsalze können metallorganische Verbindungen in Form von Citraten, Acetaten oder Acetylacetonaten, beispielsweise in Butylazetat gelöst verwendet werden. Sehr gute Ergebnisse werden im Rahmen der Erfindung jedoch bei der Verwendung von gegebenenfalls hydratisier­ ten Nitraten, insbesondere in Verbindung mit Glykolmono­ äthyläther (Cellosolve) als Lösungsmittel, erhalten. Dies bietet den Vorteil, daß das Verhältnis der Metalloxide in der Schicht äußerst genau auf einen gewünschten Wert eingestellt werden kann, indem die Konzentration der Lösung variiert wird.

Insbesondere beim pneumatischen Zerstäuben der Lösung ist es außerdem vorteilhaft, das Trägergas (beispielsweise Luft) mit dem benutzten Lösungsmittel zu sättigen, damit die Konzentration der Lösung beim Be­ sprühen möglichst aufrechterhalten bleibt.

Das vorliegende Verfahren eignet sich besonders zum Herstellen von Kobaltferritschichten der Zusammensetzung

Co _x Fe_3-x O₄ mit 0,3 < x < 1,5.

Wenn x < 0,3, wird die Koerzitivfeldstärke der gebildeten Schicht zu klein, wodurch sie beispiels­ weise zur Verwendung in einem magnetooptischen Speicher ungeeignet ist. Bei x < 1,5 tritt eine Entmischung auf und es entsteht ein Zweiphasensystem.

Die Erfindung bezieht sich außerdem auf eine Kobaltferritschicht, die auf einem Substrat unter Anwendung des vorliegenden Verfahrens herge­ stellt worden ist, sowie auf eine Anordnung zum thermo­ magnetischen Einschreiben und magnetooptischen Auslesen von Daten, die als aktive Schicht eine nach dem vorliegenden Verfahren hergestellte Kobaltferritschicht enthält.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Eine aus hydratisierten Nitraten von Kobalt und Eisen in Glykolmonoäthyläther hergestellte Lösung kann mit Hilfe an sich bekannter pneu­ matischer Zerstäuber oder Ultraschallzerstäuber atomisiert werden.

Bei einem pneumatischen Zerstäuber wird ein kräftiger Gasstrom an einem Ende eines Kapillarrohrs entlanggeführt, dessen anderes Ende sich in der Lösung befindet. Infolge des vom Gasstrom verursachten Druck­ unterschieds wird die Lösung aus dem Kapillarrohr heraus­ gesaugt. Die aus dem Rohr austretende Flüssigkeit wird durch den mit hoher Geschwindigkeit zugeführten Gasstrom in Schwingung gebracht und es werden Strahlen von der Oberfläche abgezogen. Diese Strahlen zerfallen in Tropfen. Die größeren Tropfen werden aufgefangen, die kleineren bilden mit dem Trägergas das Aerosol, das an­ schließend mit Hilfe einer Spritzdüse auf ein in einem Ofen angeordnetes Substrat gesprüht wird. Durch eine Zickzackbewegung der Düse kann auf dem Substrat eine dünne Schicht mit einheitlicher Dicke angebracht werden. Als Trägergas hat sich im Rahmen der Erfindung Luft bewährt.

Auch Argon und Stickstoff sind brauchbar. Vorzugsweise wird das Trägergas zuvor mit dem Lösungsmittel gesättigt, damit die Konzentration der Lösung beim Besprühen möglichst konstant bleibt.

Beispiel 1

Es wurde eine Lösung hydratisierter Nitrate in Glykolmonoäthyläther hergestellt, die 0,74 Mol Fe pro Liter und 1,04 Mol Co pro Liter (Lösung 1) enthielt.

Die Lösung wurde mit Hilfe eines pneu­ matischen Zerstäubers atomisiert.

Die Durchflußgeschwindigkeit des Träger­ gases (Luft) betrug etwa 10 Liter pro Minute. Das Trägergas wurde mit Glykolmonoäthyläther gesättigt. Dabei wurde etwa 20 ml der Lösung 1 pro Stunde verwendet.

Der Innendurchmesser des Kapillarrohrs für die Flüssigkeit war 1 mm, der Innendurchmesser des Kapillar­ rohrs, das das Gas durchfließt, 2 mm.

Die Temperatur des Ofens, in dem das Substrat (eine Glasplatte) angeordnet worden war, wurde auf 500°C gehalten.

Das Aerosol wurde einige Stunden lang auf die Glasplatte gesprüht.

Die auf der Glasplatte gebildete poly­ kristalline Schicht aus Kobaltferrit (CoFe₂O₄) hatte eine Dicke von etwa 1,5 µm. Bei dieser Temperatur wurde direkt eine Schicht mit Spinellstruktur gebildet. Diese Schicht zeigte einen doppelten Kerreffekt von 2,4 Grad bei einer Wellenlänge von 720 nm und es wurde eine Koerzitivfeldstärke von 240 · 10³ A/m gemessen.

Bei einem Ultraschallzerstäuber sind die Erzeugungsvorgänge für das Trägergas und das Aerosol voneinander getrennt. Die Unterschiede in der Tropfengröße sind hier weniger groß als bei der Verwendung eines pneumatischen Zerstäubers. Hier ist es weniger notwendig, das Trägergas mit dem Lösungsmittel zu sättigen.

Claims (9)

1. Verfahren zur Herstellung einer polykristallinen Kobalt-Spinell-Ferritschicht, bei dem eine Lösung aus einem Lösungsmittel und Metallsalzen, deren Oxide das gewünschte Ferrit bilden, auf eine Unterlage durch Versprühen aufgetragen wird und die aufgetragene Lösung in eine Kobalt-Spinell-Ferritschicht umgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung als Aerosol auf die Unterlage aufgetragen wird, daß die Unterlage während des Auftragens auf eine Temperatur erhitzt wird, bei der die Metallsalze zerfallen, so daß auf der Unterlage eine Kobalt-Ferritschicht mit Spi­ nellstruktur gebildet wird und daß das Auftragen so lange fortgesetzt wird, bis eine Ferritschicht mit einer vorbe­ stimmten Dicke entstanden ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlage auf eine Temperatur zwischen 450 und 650°C erhitzt wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Metallsalze Nitrate, gegebenenfalls hydrati­ sierte Nitrate, eingesetzt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösungsmittel Glykolmonoäthyläther ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Aerosol durch pneumatisches Zerstäuben der Lösung gebildet wird, und daß das Trägergas mit dem Lösungsmittel gesättigt ist.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kobaltferrit der Zusammensetzung Co _x Fe_{3 - x} 0₄ mit 0,3 < × < 1,5 gebildet wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat Glas, Quarz oder Magnesiumoxid ist.

8. Kobalt-Spinell-Ferritschicht gebildet auf einem Substrat unter Anwendung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 7.

9. Anordnung zum thermomagnetischen Einschreiben und magneto­ optischen Auslesen von Daten, dadurch gekennzeichnet, daß sie als aktive Schicht eine Kobalt-Spinell-Ferritschicht nach Anspruch 8 enthält.