DE3309483C3 - Magnetooptisches Aufzeichnungsmaterial und dessen Verwendung - Google Patents

Magnetooptisches Aufzeichnungsmaterial und dessen Verwendung

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Description

Die Erfindung betrifft ein magnetooptisches Aufzeichnungsmaterial gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie dessen Verwendung.
Bisher sind zahlreiche magnetooptische Aufzeichnungsmaterialien bekannt geworden, beispielsweise polykri­ stalline Dünnschichten etwa aus MnBi und MnCuBi, amorphe Dünnschichten, etwa aus CdCo, GdFe, TbFe, DyFe, GdTbFe und TbDyFe und einkristalline Dünnschichten aus GIG.
Dünnschichten aus amorphem Material sind in jüngerer Zeit als ausgezeichnete magnetooptische Aufzeich­ nungsmaterialien bekannt geworden, da hieraus großflächige Dünnschichten, bei etwa Raumtemperatur erzeugt werden können, hiermit Signale bei einer geringeren Licht-Wärme-Energie mit einer guten Schreibwirksamkeit eingeschrieben werden und die eingeschriebenen Signale bei einem guten Signal/Rauschverhältnis mit einer hohen Auslesequalität ausgelesen werden können.
Jedoch haben diese amorphen Dünnschichten verschiedene Nachteile. 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 Kompensationstem­ peratur bewirkt, und daher liegt ein Nachteil darin, daß die Filmzusammensetzung bei Bildung der Schicht genau kontrolliert werden sollte, so daß die Einschreibgüte gleichförmig gemacht wird.
Im Falle von TbFe, DyFe oder TbDyFe wird ein Curie-Temperatur (Tc) Schreiben bewirkt, und daher ist es nicht notwendig, die Schichtzusammensetzung so exakt zu kontrollieren, aber es liegt ein Nachteil darin, daß die Curie-Temperatur so niedrig wie 100°C oder darunter liegt, so daß Licht mit starker Leistung nicht zum Auslesen des Signales verwendet werden kann.
Ferner ist die Herstellung einer großen Fläche der amorphen Dünnschicht leicht möglich, jedoch ist im allgemeinen der Leistungsindex entsprechend der Lesegüte für das Auslesen des Signales gering im Vergleich mit Dünnschichten aus polykristallinem MnBi und Dünnschichten aus einkristallinem GIG, und es wird kein ausreichendes Signal/Rauschverhältnis erreicht.
In der GB-A-20 71 696 sind Dünnschichten aus amorphen ternären Legierungen auf Basis von Gd-Tb-Fe beschrieben, die eine hohe magnetooptische Konstante, etwa einen großen Winkel der Kerr-Verdrehung aufweisen, was das Auslesen bei einem guten Signal/Rauschverhältnis erlaubt. Aus der DE-OS 31 06 653 sind magnetooptische Aufzeichnungsmaterialien bekannt, die eine Schicht aus GdDyFe und/oder GdTbFe als amor­ phes Material enthalten.
Die Patentschrift DE-PS 21 63 607 betrifft eine Speicher­ schicht für Curietemperaturschreiben und magnetooptisches Auslesen. Danach kann die Speicherschicht als Speicherma­ terial eine Verbindung oder eine Mischung aus Eisen und/oder Kobalt und/oder Nickel mit einem oder mehreren der Elemente Praseodym, Samarium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium oder Yttrium enthalten.
Aus der US-PS 41 26 494 ist ein magnetisches Aufzeichnungs­ material bekannt, das eine Legierung eines Seltenerdmetalls wie Gd oder Tb mit einem Element, ausgewählt aus der Gruppe Eisen, Kobalt und Nickel umfaßt. Generell werden in dieser Druckschrift binäre Legierungen beschrieben. Gemäß einer speziellen Ausführungsform kann Fe auch durch eine Fe0,2Ni0,8-Legierung ersetzt werden, was zu einer bestimmten ternären TbFeNi-Legierung führt.
Die Druckschriften J. Appl. Phys. 48, 358-361 (1977) [Taylor, R. C., Ganguelee, A.] und J. Physical Review B 22, 1320-1326 (1980) [Taylor, R. C., Ganguelee, A.] offenbaren ternäre, amorphe Gdx(Fe1-yCoy)1-x-Legierungen, wobei 0,0,08 ≦ x ≦ 0,35 und 0,06 ≦ y ≦ 0,62 bzw. Gd0,2(FexCo1-x)0,8-Legie­ rungen, wobei 0,38 ≦ x ≦ 0,94. Die beschriebenen Legierungen enthalten also Co in Mengen von 6 bis zu 62 Atom-%.
Der Winkel der Kerr-Verdrehung und die Curie-Temperatur von herkömmlichen magnetooptischen Dünn­ schichten sind in der Tabelle 1 gezeigt.
Tabelle 1
Der Winkel der Kerr-Verdrehung wird wie nachstehend angegeben definiert. Ein linear polarisiertes Licht, das auf eine magnetooptische Dünnschicht 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 gebilde­ ten Ebene, gebildet wird.
Wie aus der Tabelle 1 ersichtlich ist, ist der größte Winkel der Kerr-Verdrehung für GdTbFe 0,27 Grad. Für das Auslesen bei einem stabilen Signal/Rauschverhältnis ist ein Winkel der Kerr-Verdrehung von wenigstens 0,2 Grad oder mehr erwünscht. Es dürfte klar sein, daß je größer die magnetooptischen Konstanten, wie etwa der Winkel der Kerr-Verdrehung sind, desto besser ist das Signal/Störverhältnis beim Auslesen.
Je niedriger die Curie-Temperatur ist, desto höher ist die Einschreibgüte, jedoch wird das eingeschriebene Signal bei einem niedrigen Curie-Punkt durch die Umgebungstemperatur und das Ausleselicht gestört. Daher liegt die magnetische Übertragungstemperatur für die praktische Verwendung vorzugsweise bei etwa 100°C bis 200°C.
Andererseits zeigen die Legierungen in Tabelle 1 einen Ferromagnetismus, so daß es Kompensationszusam­ mensetzungen gibt. Die Koerzitivkraft ist in der Nähe des Kompensationszusammensetzungsbereichs sehr groß.
Im allgemeinen ändern sich der Winkel der Kerr-Verdrehung, der das Signal/Rauschverhältnis bestimmt, und die Koerzitivkraft, die die Stabilität der aufgezeichneten magnetischen Bereiche beeinflußt, unabhängig vonein­ ander im Hinblick 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.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines magnetooptischen Aufzeichnungsmaterials mit ausreichend großen magnetooptischen Konstanten hoher thermischer Stabilität und Koerzitivkraft, das ein Auslesen bei einem guten Signal/Rauschverhältnis ermöglicht und das leicht gehandhabt und in Form einer Dünnschicht erzeugt werden kann.
Diese Aufgabe wird mit der im Patentanspruch 1 angegebenen Legierungszusammensetzung gelöst. Vorteil­ hafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen aufgeführt. Eine vorteilhafte Verwendung ist in Anspruch 5 beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine Beziehung zwischen dem Kobaltgehalt und dem Winkel der Kerr-Verdrehung bei der beanspruchten Zusammensetzung Tb0,21(Fe1-yCoy)0,79.
Fig. 2 zeigt eine Beziehung zwischen dem Kobaltgehalt und der Curie-Temperatur bei der beanspruchten Zusammensetzung Tb0,21(Fe1-yCoy)0,79.
Fig. 3 zeigt eine Beziehung zwischen der Koerzitivkraft und der Zusammensetzung des erfindungsgemäßen magnetooptischen Aufzeichnungsmaterials auf Basis einer ternären, amorphen magnetischen Legierung von TbFeCo.
Gemäß der Erfindung wird ein magnetooptisches Aufzeichnungsmaterial mit ausgezeichneten magnetoopti­ schen Konstanten in Abhängigkeit von der Zusammensetzung von Tb-Fe-Co erhalten.
Wie in den Beispielen 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 Grad, der der größte unter den bisher bekannten Zusammensetzungen gewesen ist.
Das erfindungsgemäße magnetooptische Aufzeichnungsmaterial auf Basis einer ternären, amorphen Legie­ rung von Tb-Fe-Co sollte eine ausreichende Anisotropie besitzen, um eine leichte Magnetisierung in einer Achse senkrecht zur Schichtoberfläche zu ermöglichen.
Demgemäß ist die Aufzeichnungsschicht notwendigerweise hauptsächlich aus einem amorphen Material gebildet.
Im allgemeinen kann die Aufzeichnungsschicht auf einem Träger, der in der Nähe oder unterhalb Raumtem­ peratur gehalten wird, z. B. durch Zerstäubung oder Vakuumdampfabscheidung hergestellt werden.
Um eine ausreichende Anisotropie und thermische Stabilität für das Aufzeichnungsmaterial zu gewährleisten, liegt die Zusammensetzung von Tb, Fe und Co bei
0,05 ≦ x < 0,15 und
0,1 ≦ y ≦ 0,4
wenn die allgemeine Formel Tby(Fe1-xCox)1-y
berücksichtigt wird.
Mit anderen Worten kann die Curie-Temperatur der Zusammensetzung bei 100°C oder höher liegen und dessen thermische Stabilität kann verbessert werden, wenn Co-Atome in einer Zusammensetzung in einer Menge von 0,05 Atomanteil, bezogen auf den Gesamtatomgehalt von 1 (Fe + Co) vorhanden ist.
Ein magnetooptisches Aufzeichnungsmaterial aus einer ternären, amorphen, magnetischen Legierung gemäß der Erfindung hat vorzugsweise die durch die nachfolgende Formel dargestellte Zusammensetzung:
Tby(Fe1-xCox)1-y
worin
oder
Um andererseits die Richtung der Magnetisierung senkrecht zur Schichtoberfläche zu legen, liegt die Schicht­ dicke 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 Träger verwendet, und als Target wurde ein Material aus Tb0,21(Fe0,95Co0,05)0,79, verwendet, das durch ein Bogen­ schmelzverfahren hergestellt wurde. In der Apparatur wurden der Träger und das Target in einem Abstand von 50 mm angeordnet, und die Apparatur wurde auf einen Druck von 4,0 × 10-5 Pa oder darunter evakuiert. Argongas mit einer Reinheit von 99,999% wurde in die Apparatur bis auf einen Druck von 6,7 × 10-2 Pa eingeführt und anschließend wurde der Argongasdruck in der Apparatur auf 6,7 Pa eingestellt, indem das Hauptventil auf der Evakuierungsseite betätigt wurde. Auf dem Träger wurde eine Schicht gebildet, indem an das Target eine Hochfrequenzstromquelle mit einer Leistung von 2 W/cm2 angelegt wurde.
Die so gebildete Schicht besaß eine Dicke von 150 nm und eine leichte Magnetisierbarkeit in Richtung der Achse, die senkrecht auf der Schichtoberfläche 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 0,18°.
Die Curie-Temperatur von Tb0,21(Fe0,95Co0,05)0,79 beträgt 120°C und ist damit um 29°C höher als die Curie- Temperatur von Tb0,21Fe0,79 mit 91°C. Der teilweise Ersatz von Fe durch 5 Atom-% Co führte zu einer Verbesserung des Winkels der Kerr-Verdrehung als auch der Curie-Temperatur.
Beispiel 2
Die Aufzeichnungsschicht wurde durch Wiederholung von Beispiel 1 hergestellt, außer daß das Targetmateri­ al für die Zerstäubung die Zusammensetzung Tb0,21(Fe0,90Co0,10)0,79 hatte. Die resultierende Schicht besaß eine leichte Magnetisierbarkeit bezüglich der Achse, die senkrecht zur Schichtoberfläche steht, einen durch Röntgen­ strahlbeugung bestimmten amorphen Zustand und einen Winkel der Kerr-Verdrehung von 0,28° und eine Curie-Temperatur von 135°C.
Der teilweise Ersatz von Fe durch 10 Atom-% Co führte zu einer Verbesserung beim Winkel der Kerr-Ver­ drehung und der Curie-Temperatur. Im Vergleich zu den Werten für Tb0,21Fe0,79 lag der Winkel der Kerr-Ver­ drehung um 0,1° und die Curie-Temperatur um 44°C höher.
Beispiel 3
Die Verfahrensweise von Beispiel 1 wurde wiederholt, außer daß das Targetmaterial zum Zerstäuben die Zusammensetzung Tb0,21(Fe0,85Co0,15)0,79 hatte. Die resultierende Schicht war amorph, besaß eine leichte Ma­ gnetisierbarkeit bezüglich einer Achse senkrecht zur Schichtoberfläche und wies einen Winkel der Kerr-Rota­ tion von 0,35° 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-Rota­ tion und der Curie-Temperatur. Im Vergleich zu den Werten für Tb0,21Fe0,79 wurde der Winkel der Kerr-Verdre­ hung um 0,17 und die Curie-Temperatur um 59°C verbessert.
Fig. 3 verdeutlicht eine Beziehung zwischen der Zusammensetzung einer ternären, amorphen, magnetischen Legierung und deren Koerzitivkraft in einem magnetooptischen Aufzeichnungsmaterial. In Fig. 3 zeigt Linie 1 die Kompensationszusammensetzung und die Linien 2 und 2' zeigen Zusammensetzungen mit einer Koerzitivkraft von 3184 A/cm, die Linien 3 und 3' zeigen 2388 A/cm, die Linien 4 und 4' zeigen 1592 A/cm, die Linien 5 und 5' zeigen 796 A/cm und die Linien 6 und 6' zeigen 159,2 A/cm.
Wie sich aus Fig. 3 ergibt, ist in der Nähe der Linie der Kompensationszusammensetzung folgendes ersicht­ lich: 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 der resultierenden Schicht 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 3184 A/cm 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 Tby(Fe1-xCox)1-y dargestellt werden
wovon jedoch nur die jeweils ersten Formeln sich auf die Zusammensetzung des erfindungsgemäßen magnetooptischen Aufzeichnungsmaterials beziehen.
Beispiel 4
In einer Hochfrequenzzerstäubungsapparatur wurde eine weiße Glasscheibe mit einer Größe von 25 mm × 76 mm als Träger verwendet und 14 Scheiben einer dünnen Platte aus Tb mit einer Größe von 10 mm × 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 der Träger und das Target in einem Abstand von 90 mm angeordnet, und die Apparatur wurde auf einen Druck von 4,0 × 10-5 Pa oder darunter evakuiert. Danach wurde Argongas mit einer Reinheit von 99,999% in die Apparatur bei einer Durchflußrate von 30 sccm (Norm-cm3/min) eingeführt, bis der Druck 8,0 × 10-1 Pa erreicht hatte.
Eine Aufzeichnungsschicht (Probe Nr. 1) wurde auf einem Träger gebildet, indem an das Target eine Hochfre­ quenzstromquelle mit einer Leistung von 2 W/cm2 angelegt wurde. Es wurde eine Schicht mit einer Dicke von 150 nm gebildet, die eine leichte Magnetisierbarkeit in einer Achse senkrecht zur Schichtoberfläche besaß, und der war amorph, wie durch Röntgenstrahlen-Beugung festgestellt wurde.
Es wurde auch gefunden, daß die Schicht aus 13,5 Atom-% Tb, 4,7 Atom-% Co und Rest Fe bestand, wie durch Analyse mittels eines Röntgenstrahlen-Mikroanalysengerätes (XMA) bestimmt wurde. Die Schicht besaß einen Winkel der Kerr-Verdrehung von 0,29° und eine Koerzitivkraft von 1194 A/cm.
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
Während die vorstehenden Ergebnisse unter Verwendung eines Zerstäubungsverfahrens erhalten wurden, werden die gleichen Ergebnisse auch durch ein Vakuumabscheidungsverfahren erreicht.

Claims (5)

1. Magnetooptisches Aufzeichnungsmaterial mit einer Auf­ zeichnungsschicht aus einer ternären, amorphen, magnetischen Legierung, die eine Achse mit leichter Magnetisierung senk­ recht zur Schichtoberfläche aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung folgende Zusammensetzung hat:
Tby(Fe1-xCox)1-y
worin
0,05 ≦ x ≦ 0,15
0,1 ≦ y ≦ 0,4.
2. Magnetooptisches Aufzeichnungsmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung folgende Zusammen­ setzung hat:
Tby(Fe1-xCox)1-y
worin
3. Magnetooptisches Aufzeichnungsmaterial nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtdicke der ter­ nären, amorphen magnetischen Legierung 10 nm oder mehr be­ trägt.
4. Magnetooptisches Aufzeichnungsmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Curie-Temperatur der Aufzeich­ nungsschicht im Bereich von 100 bis 200°C liegt.
5. Verwendung eines magnetooptischen Aufzeichnungsmaterials nach einem der Ansprüche 1 bis 4 in einem Verfahren, bei dem die Information durch Bestrahlung der Aufzeichnungsschicht mit Licht unter Erwärmung der Aufzeichnungsschicht aufgezeichnet wird, und bei dem die aufgezeichnete Information unter Verwen­ dung eines magnetooptischen Effektes ausgelesen wird.
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