DE3309483A1

DE3309483A1 - Magnetooptisches aufzeichnungsmaterial

Info

Publication number: DE3309483A1
Application number: DE19833309483
Authority: DE
Inventors: Yoshifumi Minoo Osaka Sakurai
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1982-03-17
Filing date: 1983-03-16
Publication date: 1983-09-29
Anticipated expiration: 2003-03-17
Also published as: DE3309483C2; DE3309483C3

Description

Magnetooptisches Aufzeichnungsmaterial
Die Erfindung betrifft ein magnetooptisches Aufzeichnungsmaterial, das für optomagnetische Speicherung, magnetische Aufzeichnung und Anzeigeelemente verwendet werden kann und betrifft insbesondere magnetische Dünnfilmaufzeichnungsmaterialien die zum Lesen bzw. Abtasten unter Ausnutzung des magnetooptischen Effektes fähig sind.
Bisher sind zahlreiche magnetooptische Aufzeichnungsmaterialien bekannt geworden, beispielsweise polykristalline Dünnfilme etwa aus MnBi, MnCuBi und dergleichen, amorphe Dünnfilme, etwa GdCo, GdFe, TbFe. DyFe, GdTbFe, TbDyFe und dergleichen und einkristalline Dünnfilme, etwa GIG und dergleichen.
Unter diesen Dünnfilmen sind die amorphen Dünn filme in jüngerer Zeit als ausgezeichnete magnetooptische Aufzeichnungsmaterialien bekannt geworden, da großflächige Dünnfilme bei etwa Raumtemperatur erzeugt werden können, Signale mit einer geringen Licht-Wärme-Energie bei einer guten Aufzeichnungs- bzw. Schreibwirksamkeit aufgezeichnet bzw. aufgeschrieben werden können und die aufgeschriebenen Signale bei einem guten Signal/Störverhältnis bei einer hohen Auslesequalität ausgelesen bzw wiedergegeben werden können.
Jedoch leiden diese amorphen Dünn filme an verschiedenen Nachteilen. Beispielsweise besitzt GdFe eine geringe Koerzitivkraft und die aufgezeichnete Information ist nicht stabil.
Im Falle von GdFe oder GdCo wird das Schreiben unter Ausnutzung der magnetischen Kompensationstemperatur bewirkt, und daher liegt ein Nachteil darin, daß die Filmzusammensetzung bei Bildung des Filmes genau kontrolliert werden sollte, so daß die Aufschreibgüte gleichförmig gemacht wird.
Im Falle von TbFe, DyFe oder TbDyFe wird ein Curie-Temperatur (Tc) -Aufschreibvorgang bewirkt, und daher ist es nicht notwendig, die Filmzusammensetzung so exakt zu kontrollieren, aber es liegt ein Nachteil darin, daß die Curie-Temperatur so niedrig wie 1000C oder darunter liegt, so daß Licht mit starker Leistung nicht zum Lesen des Signales verwendet werden kann.
Ferner ist die Herstellung eines- Materials mit einer großen Fläche des amorphen Dünnfilmes leicht möglich, jedoch ist im allgemeinen der Leistungsindex entsprechend der Lesegüte bzw. Lesequalität für das Lesen des Signales gering im Vergleich mit Dünnfilmen aus polykristallinem MnBi und Dünnfilmen aus einkristallinem GIG, und es wird kein ausreichendes Signal/Störverhältnis erreicht.
In der britischen Patentpublikation 2 071 696 sind Dünnfilme aus amorphen ternären Legierungen auf Basis von Gd-Tb-Fe beschrieben, die eine hohe magnetooptische Kon- stante für die amorphen Dünnfilme, etwa einen großen Winkel der Kerr-Verdrehung und dergleichen aufweisen, was das Ablesen bei einem guten Signal/Störverhältnis erlaubt.
Der Winkel der Kerr-Verdrehung und die Curie-Temperatur von herkömmlichen magnetooptischen Dünn filmen sind in der nachstehenden Tabelle 1 gezeigt.
Tabelle 1 Material Winkel der Kerr- Curie-Temperatur (OC) Verdrehung (Grad) DyFe 0.12 62 TbFe 0.18 91 GdFe 0.24 Kompensations-Temperatur *l (T comp) GdCo 0.2 11 TbDyFe 0.20 75 GdDyFe 0.24 120 GdTbFe 0.27 150 (gemessen bei einer Wellenlänge von 632,8 nm) *1 Kompensationstemperatur-Schreibvorgang Der Winkel der Kerr-Verdrehung wird wie nachstehend angegeben definiert. Ein linear polarisiertes Licht, das auf einen magnetooptischen Dünnfilm auftrifft, wird als ein elliptisch polarisiertes Licht reflektiert. Der Winkel der Kerr-Verdrehung ist derjenige Winkel, der durch die polarisierte Ebene des einfallenden Lichtes und der durch die Hauptachsen des resultierenden elliptisch polarisierten Lichtes unter Einschluß derselben gebildeten Ebene, gebildet wird.
Wie aus der Tabelle 1 ersichtlich ist, ist der größte Winkel der Kerr-Verdrehung für GdTbFe 0.27 Grad. Für das Ablesen bei einem stabilen Signal/Störverhältnis ist ein Winkel der Kerr-Verdrehung von wenigstens 0.20 oder mehr erwünscht. Es dürfte klar sein, daß je größer die magnetooptischen Konstanten, wie etwa der Winkel der Kerr-Verdrehung und dergleichen sind, desto besser ist das Signal/Störverhaltnis beim Ablesen.
Je niedriger die Curie-Temperatur ist, desto höher ist die Aufschreibgüte, jedoch wird das eingeschriebene Signal bei einem niedrigen Curie-Punkt durch Umgebungstemperatur und das Ausleselicht gestört. Daher liegt die magnetische. Übertragungstemperatur vorzugsweise bei etwa 100 0C bis 2000C, wenn die praktische Verwendung in Betracht gezogen wird.
Andererseits zeigen die Legierungen in Tabelle 1 einen Ferromagnetismus, so daß es Kompensationszusammensetzungen gibt. Die Coerzitivkraft ist in der Nähe des Kompensationszusammensetzungsbereichs sehr groß.
Im allgemeinen ändern sich der Winkel der Kerr-Verdrehung, der das Signal/Störverhältnis bestimmt, und die Coerzitivkraft, die die Stabilität der aufgezeichneten magnetischen Bereiche beeinflußt, unabhängig voneinander im Hin- blick auf die Legierungszusammensetzung und daher weist eine Legierungszusammensetzung mit einem großen Winkel der Kerr-Verdrehung nicht immer eine Koerzitivkraft mit angemessener Größe auf.
Da eine Legierungszusammensetzung mit einer sehr hohen Koerzitivkraft ein sehr starkes Magnetfeld für die Magnetisierung oder die Entmagnetisierung bei der Verwendung als Aufzeichnungsmaterial benötigt, ist vom praktischen Gesichtspunkt eine solche Legierungszusammensetzung nicht erwünscht, selbst wenn der Winkel der Kerr-Verdrehung groß ist.
Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines magnetooptischen Aufzeichnungsmaterials mit ausreichend großen magnetooptischen Konstanten, das ein Ablesen bzw.
Abtasten bei einem guten Signal/Störverhältnis ermöglicht.
Ferner soll erfindungsgemäß ein magnetooptischen Aufzeichnungsmaterial mit hoher thermischer Stabilität und einer Koerzitivkraft geschaffen werden, das leicht gehandhabt und in Form eines Dünnfilmes erzeugt werden kann.
Gegenstand der Erfindung ist ein magnetisches Aufzeichnungsmaterial, das durch eine ternare, amorphe magnetische Legierung von Tb-Fe-Co gekennzeichnet ist.
Fig. 1 zeigt eine Beziehung zwischen dem Kobaltgehalt und dem Winkel der Kerr-Verdrehung bei der Zusammensetzung Tb0.21 (Fe1-yCoy) 0.79 gemäß der Erfindung.
Fig. 2 zeigt eine Beziehung zwischen dem Kobaltgehalt und der Curie-Temperatur bei der Zusammensetzung Tbo.21 (Fe1yCoy)079 gemäß der Erfindung.
Fig. 3 zeigt eine Beziehung zwischen der Koerzitivkraft und der Zusammensetzung des erfindungsgemäßen magnetooptischen Aufzeichnungsmaterials gemäß der Erfindung auf Basis einer ternären, amorphen magnetischen Legierung von TbFeCo.
Gemäß der Erfindung wird ein magnetooptisches Aufzeichnungsmaterial mit ausgezeichneten magnetooptischen Konstanten in Abhängigkeit von der neuen Zusammensetzung von Tb-Fe-Co erhalten, das ein amorphes magnetooptisches Material in Kombination damit bildet.
Wie in den Beispielen (infra) klar verdeutlicht ist, ist der Winkel der Kerr-Verdrehung viel größer als der Winkel der Kerr-Verdrehung für GdTbFe mit einem Winkel von 0.27°, der der größte unter den bisher bekannten Zusammensetzungen gewesen ist.
Das erfindungsgemäße magnetooptische Aufzeichnungsmaterial auf Basis einer ternären, amorphen Legierung von Tb-Fe-Co sollte eine ausreichende Anisotropie besitzen, um eine leichte Magnetisierung in einer Achse senkrecht zur Filmoberfläche zu ermöglichen.
Demgemäß ist der Film notwendigerweise hauptsächlich aus eisnemsamorphen Material gebildet.
Im allgemeinen kann der Film auf einem Substrat, das in der Nähe oder unterhalb Raumtemperatur gehalten wird, durch Zerstäubung, Vakuumdampfabscheidung oder dergleichen hergestellt werden.
Ein magnetooptisches Aufzeichnungsmaterial aus einer ternären, amorphen, magnetischen Legierung gemaß der Erfindung hat vorzugsweise die durch die nachfolgende Formel dargestellte Zusammensetzung: Tb (Fe1-xCox)1-y worin

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0.1 < y < 0.16 + 37.5x wenn 0 < x <. 0.375

0.1 < y < 0.2 - 0.064(x - 0.375)

wenn 0.375 < x < 1

oder

y 0.2 + x3 < y # 0.4 wenn 0 < x < 0.3

0.3 # y # 0.4 wenn 9.3 < x < 1

Um eine ausreichende Anisotropie für das AuFzeichnungsmaterial zu gewährleisten1 liegt die Zusammensetzung von Tb, Fe und Co vorzugsweise bei 0.6 # (l-y) < 0.9 wenn die allgemeine Formel Tby (Fe1-xCox)1-y berücksichtigt wird.
Um ferner eine thermische Stabilität für das Aufzeichnungsmaterial zu gewährleisten, liegt die Zusammensetzung vorzugsweise bei 0.01 < x 4 1.0 Mit anderen Worten kann die Curie-Temperatur der Zusammensetzung bei 100 0C oder höher liegen und dessen thermische Stabilität kann verbessert werden, wenn Co-Atome in einer Zusammensetzung in einer Menge von 0.01 Atomånteil, bezogen auf den. Gesamtatomgehalt von l(Fe + Co) vorhanden ist.
Um andererseits die Richtung der Magnetisierung senkrecht zur Filmoberfläche zu legen, liegt die Filmdicke vorzugsweise bei 10 nm oder mehr.
Die Erfindung wird durch die nachfolgenden Beispiele näher erläutert.
Beispiel 1 In einer Hochfrequenzzerstäubungsapparatur wurde eine Glasscheibe mit einer Dicke von 25 mm als Substrat verwendet, und als Target wurde ein Material aus Tbo 21(FeO 95CoO 05)0 79t verwendet, das durch ein Bogenschmelzverfahren hergestellt wurde. In der Apparatur wurden das Substrat und das Target in einem Abstand von 50 mm angeordnet und die Apparatur wurde auf einen Druck von 3 x 10 -7 Torr oder darunter evakuiert. Argongas mit einer Reinheit von 99,999 °Ó wurde in die Apparatur bis auf einen Druck von 5 x 10 4 Torr eingeführt und anschließend wurde der Argongasdruck in der Apparatur auf 5 x 10 2 Torr eingestellt, indem das Hauptventil auf der Evakuierungsseite betätigt wurde. Auf dem Substrat wurde ein Film gebildet, indem an das Target eine Hochfrequenzstremquelle 2 mit einer Leistung von 2 W/cm angelegt wurde.
Der so gebildete Film besaß eine Dicke von 150 nm und eine leichte Magnetisierbarkeit in Richtung der Achse, die senkrecht auf der Filmoberfläche steht. Der amorphe Zustand wurde durch Röntgenstrahlbeugung bestätigt, und der Winkel der Kerr-Verdrehung betrug 0.2°. Der Winkel der Kerr-Verdrehung ist größer als derjenige von Tb0.21Fe0.79 mit 0.180.
Die Curie-Temperatur von Tb021(Fe0.95 Co0.05)0.79 beträgt 120 0C und ist damit um 29 0C höher als die Curie-Temperatur von Tb0.21(Fe0.95Co0.05)0.79 mit 910C.Der teilweise Ersatz von Fe durch 5 Atom-°Ó Co führte zu einer Verbesserung des Winkels der Kerr-Verdrehung als auch der Curie-Temperatur.
Beispiel 2 Der Film wurde durch Wiederholung von Beispiel 1 hergestellt, außer daß die Zusammensetzung des Targetmaterials für die Zerstäubung Tb0 21(Fe0 90Co010)079 betrug. Der resultierende Film besaß eine leichte Magnetisierbarkeit bezüglich der Achse, die senkrecht zur Filmoberfläche steht, einen durch Röntgenstrahlbeugung bestimmten amorphen Zustand und einen Winkel der Kerr-Verdrehung von 0.280 und eine Curie-temperatur von 135 0C.
Der teilweise Ersatz von Fe durch 10 Atom-0Ó Co führte zu einer Verbesserung beim Winkel der Kerr-Verdrehung und der Curie-Temperatur. Im Vergleich zu den Werten für Tbo Fe 79 lag der Winkel der Kerr-Verdrehung um 0.10 und die Curie-Temperatur um 440 C höher.
Beispiel 3 Die Verfahrensweise von Beispiel 1 wurde wiederholt, außer daß die Zusammensetzung des Targetmaterials zum Zerstäuben TbO.21(FeO.85C°0.15)0.79 betrug. Der resultierende Film war amorph, besaß eine leichte Magnetisierbarkeit bezüglich einer Achse senkrecht zur Filmoberfläche und wies einen Winkel der Kerr-Rotation von 0.350 und eine Curie-Temperatur von 150°C auf.
Der teilweise Ersatz von Fe durch 15 Atom-% Co führte zu einer Verbesserung des Winkels der Kerr-Rotatlon und der Curie-Temperatur. Im Vergleich zu den Werten für Tb 21 FeO.79 wurde der Winkel der Kerr-Verdrehung um 0.17 und die Curie-Temperatur um 59 0C verbessert.
Fig. 3 verdeutlicht eine Beziehung zwischen einer Zusammensetzung einer ternären, amorphen, magnetischen Legierung und deren Koerzitivkraft in einem erfindungsgemäßen magnetooptischen Aufzeichnungsmaterial. In Fig. 3 zeigt Linie 1 die Kompensationszusammensetzung und die Linien 2 und 2' zeigen Zusammensetzungen mit einer Koerzitivkraft von 4000 Oersted, die Linien 3 und 3' zeigen 3000 Oe, die Linien 4 und 4' zeigen 2000 Oe, die Linien 5 und 5' zeigen 1000 Oe und die Linien 6 und 6' zeigen 200 Oe.
Wie sich aus Fig. 3 ergibt, ist in der Nähe der Linie der Kompensationszusammensetzung folgendes ersichtlich: je näher die Zusammensetzung an der Kompensationszusammensetzung ist, desto merklich höher wird die Koerzitivkraft. Das Material der Zusammensetzung in der Nähe der Kompensationszusammensetzungslinie in Fig. 3 ist nicht geeignet, da ein sehr hohes magnetisches Feld für die Magnetisierung oder Entmagnetisierung benötigt wird.
Diese Materialien sind auch im Hinblick auf die Streuung der Eigenschaften des resultierenden Films und hinsichtlich der Reproduzierbarkeit während der Schichtbildung nicht geeignet.
Um im allgemeinen das elektrooptische Aufzeichnungsmaterial herzustellen, das einfach gehandhabt werden kann, liegt die Koerzitivkraft bei 4000 Oe oder darunter. Demgemäß liegt eine Zusammensetzung mit einer geeigneten Koerzitivkraft innerhalb der in Fig. 3 schraffierten Fläche, damit auch eine ausreichende Anisotropie beibehalten wird.
Die schraffierte Fläche kann durch die folgenden Formeln in Ausdrücken von Tb (Fel~ Co y dargestellt werden

4

0.1 < y < 0.16 + 374 5x wenn 0 < x < 0.375

0.1 < y < 0.2 - 0.064 (x - 0.375)

wenn 0.375 < x < 1

oder

0.2 + X3 < y < 0.4 wenn 0 < x < 0.3

0.3 < y < 0.4 wenn 0.3 < x < 1

Beispiel 4 In einer Hochfrequenzzerstäubungsapparatur wurde eine weiße Glasscheibe mit einer Größe von 25 mm x 76 mm als Substrat verwendet und 14 Scheiben einer dünnen Platte aus Tb mit einer Größe von 10 mm x 10 mm und einer Dicke von 1 mm sowie zwei Scheiben einer dünnen Platte aus Co mit der gleichen Größe wie diejenige der Tb-Platte, wurden auf einer Fe-Scheibe mit einem Durchmesser von 127 mm als Target verwendet.
In der Apparatur wurden das Substrat und das Target in einem Abstand von 90 mm angeordnet, und die Apparatur wurde auf einen Druck von 3 x 10 -7 Torr oder darunter evakuiert. Danach wurde Argongas mit einer Reinheit von 99,999 S in die Apparatur bei einer Durchflußrate von 30 sdcm (Norm-cm3/min) eingeführt, bis der Druck 6xlO 3 Torr erreicht hatte.
Ein Film (Probe Nr. 1) wurde auf einem Substrat gebildet, indem an das Target eine Hochfrequenzstromquelle mit einer Leistung von 2 W/cm angelegt wurde. Es wurde ein Film mit einer Dicke von 150 nm gebildet, der eine leichte Magnetisierbarkeit in einer Achse senkrecht zur Filmoberfläche besaß , und der war amorph, wie durch Röntgenstrahlen-Beugung festgestellt wurde.
Es wurde auch gefunden, daß der Film aus 13,5 Atom-°Ó Tb, 4,7 Atom-°Ó Co und Rest Fe bestand, wie durch Analyse mittels eines Röntgenstrahlen-Mikroanalysengerätes (XMA) bestimmt wurde. Der Film besaß einen Winkel der Kerr-Verdrehung von 0.29° und eine Koerzitivkraft von 1500 Oe.
Ähnliche Verfahrensweisen wie diejenigen von Probe Nr. 1 wurden durchgeführt, indem die Anzahl der Targetscheiben von Tb und Co geändert wurden.
Die Ergebnisse sind in der Tabelle 2 gezeigt.
Tabelle 2 Probe Nr. Anzahl der Target- Analyse Koerzitivkraft scheiben (Atom-°u) (KOe) Tb Tb Co TB Co ~~~~~~~~~~~~~~~ 2 13 4 135 7.4 2.0 3 13 6 13.5 12.0 1.6 4 13 . 10 13.5 19.8 1.0 5 13 15 11.8 29.8 0.2 6 13 30 13.4 62.4 3.2 7 14 4 16.2 7.3 3.0 8 14 10 16.4 19.6 2.2 9 14 15 16.1 30.2 1.9 10 14 25 16.2 51.2 3.4 11 15 4 17.1 7.3 3.8 12 15 15 17.0 29.9 2.5 13 15 20 17.0 39.8 2.6 14 15 30 17.3 61.9 3.8 15 23 2 24.5 3.4 2.2 16 28 2 30.1 3.3 1.2 17 28 4 30.3 7.3 2.8 18 33 3 38.6 5.6 0.4 19 33 10 39.5 18.0 2.1 20 33 15 38.7 31.0 2.5 Während die vorstehenden Ergebnisse unter Verwendung eines Zerstäubungsverfahrens erhalten wurden, werden die gleichen Ergebnisse auch durch ein Vakuumabscheidungsverfahren erreicht.
Das magnetooptische Aufzeichnungsmaterial ist aus einer ternären, amorphen magnetischen Legierung gemäß der Erfindung zusammengesetzt und das Signal/Störverhältnis beim Auslesen bzw. Abtasten ist verbessert, wie dies durch die vorstehenden Beispiele gezeigt ist.
Ein magnetooptischesAufzeichnungsmaterial umfaßt eine ternäre, amorphe, magnetische Legierung von Tb-Fe-Co.

Claims

Patentansprüche 1. Magnetooptisches Aufzeichnungsmaterial, gekennzeichnet durch eine ternäre amorphe magnetische Legierung von Tb-Fe-Co.
2. Magnetooptisches Aufzeichnungsmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gesamtgehalt von Fe und Co in der ternären, amorphen, magnetischen Legierung im Bereich von 60 bis 90 Atom-tÓ liegt.
3. Magnetooptisches Aufzeichnungsmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ternäre, amorphe, magnetische Legierung die durch die folgende Formel dargestellte Zusammensetzung besitzt: Tby(Fe1-xCox)1-y worin 4 0.1 # y # 0.16 + 37.5 x wenn 0 < x # 0.375 0.1 # y # 0.2 - 0.064(x - 0.375) wenn 0.375 x 1

oder 0.2 + # # y # 0.4 wenn 0 < x # 0.3 0.3 # y # 0.4 wenn 0.3 <x <1.
4. Magnetooptisches Aufzeichnungsmaterial nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß Co-Atome in der Legierung in einer Menge von 1 Atom-°Ó oder mehr, bezogen auf die Gesamtmenge an Co-und Fe-Atomen vorhanden sind.
5. Magnetooptisches Aufzeichnungsmaterial nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Filmdicke der ternären, amorphen magnetischen Legierung 10 nm oder mehr beträgt.