DE3348424C2 - Verfahren zur Herstellung eines magnetooptischen Aufzeichnungsmaterials - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines magnetooptischen Aufzeichnungsmaterials

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines magnetooptischen Aufzeichnungsmaterials nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs. Das so hergestellte magnetooptische Aufzeichnungs­ material kann für optomagnetische Speicherung, magneti­ sche Aufzeichnung und Anzeigeelemente verwendet werden. Das Verfahren dient insbesondere zur Herstellung von magnetischen Dünnfilmauf­ zeichnungsmaterialien, die zum Lesen bzw. Abtasten unter Ausnutzung des magnetooptischen Effektes fähig sind.
Bisher sind zahlreiche magnetooptische Aufzeichnungsmate­ rialien 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 Dünnfilme in jüngerer Zeit als ausgezeichnete magnetooptische Aufzeich­ nungsmaterialien bekannt geworden, da großflä­ chige Dünnfilme bei etwa Raumtemperatur erzeugt wer­ den können, Signale mit einer geringen Licht-Wärme-Ener­ gie bei einer guten Aufzeichnungs- bzw. Schreibwirksam­ keit aufgezeichnet bzw. aufgeschrieben werden können und die aufgeschriebenen Signale bei einem guten Signal/Stör­ verhältnis bei einer hohen Auslesequalität ausgelesen bzw. wiedergegeben werden können.
Jedoch leiden diese amorphen Dünnfilme 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 Aus­ nutzung der magnetischen Kompensationstemperatur bewirkt, und daher liegt ein Nachteil darin, daß die Filmzusammen­ setzung 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-Tem­ peratur (Tc)-Aufschreibvorgang bewirkt, und daher ist es nicht notwendig, die Filmzusammensetzung so exakte zu kon­ trollieren, 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 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 GB 2 071 696 A sind Dünn­ filme 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 Ab­ lesen bei einem guten Signal/Störverhältnis erlaubt.
Der Winkel der Kerr-Verdrehung und die Curie-Temperatur von herkömmlichen magnetooptischen Dünnfilmen sind in der nachstehenden Tabelle 1 gezeigt.
Tabelle 1
Der Winkel der Kerr-Verdrehung wird wie nachstehend an­ gegeben definiert. Ein linear polarisiertes Licht, das auf einen magnetooptischen Dünnfilm auftrifft, wird als ein elliptisch polarisiertes Licht reflektiert. Der Win­ kel der Kerr-Verdrehung ist derjenige Winkel, der durch die polarisierte Ebene des einfallenden Lichtes und der durch die Hauptachsen des resultierenden elliptisch pola­ risierten 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 0.2° oder mehr erwünscht. Es dürfte klar sein, daß je großer die magnetooptischen Konstanten, wie etwa der Winkel der Kerr-Verdrehung und dergleichen sind, desto besser ist das Signal/Störverhältnis beim Ablesen.
Je niedriger die Curie-Temperatur ist, desto höher ist die Aufschreibgüte, jedoch wird das eingeschriebene Sig­ nal bei einem niedrigen Curie-Punkt durch Umgebungstempe­ ratur und das Ausleselicht gestört. Daher liegt die magnetische Übertragungstemperatur vorzugsweise bei etwa 100°C bis 200°C, wenn die praktische Verwendung in Be­ tracht gezogen wird.
Andererseits zeigen die Legierungen in Tabelle 1 einen Ferromagnetismus, so daß es Kompensationszusammensetzungen gibt. Die Coerzitivkraft ist in der Nähe des Kompensations­ zusammensetzungsbereichs sehr groß.
Im allgemeinen ändern sich der Winkel der Kerr-Verdrehung, der das Signal/Störverhältnis bestimmt, und die Coerzi­ tivkraft, die die Stabilität der aufgezeichneten magneti­ schen Bereiche beeinflußt, inabhängig 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 Magne­ tisierung 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.
Aus "IEEE Transactions on Magnetics", Vol. Mag-16, S. 1194-1196 (1980) ist ein Verfahren zur Herstellung einer Dünnschicht aus einer amorphen TbFe-Legierung mittels Hochfrequenzverdampfung oder -abscheidung bekannt. Bei dem Target dieses bekannten Verfahrens handelt es sich um Fe-Target, auf dem ein Tb-Chip angebracht ist.
Aus J. Appl. Phys. 53, S. 2356-2358 (1982) ist ein Verfahren zur Herstellung einer Dünnschicht aus einer amorphen TbFe-Legierrung mittels Hochfrequenzverdampfens bekannt. Bei dem in diesem Verfahren verwendeten Target handelt es sich ebenfalls um ein Fe-Target, auf dem ein Tb-Chip angebracht ist. Die Leistung der an das Target angelegten Stromquelle beträgt 0,5 bis 1,7 kW.
Die Druckschrift "IEEE Transactions on Magnetics", Vol. Mag-17, S. 3070-3071 (1981) beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Dünnschichten aus amorphen TbFe- und GdFe-Legierungen mittels Hochfrequenzverdampfens. Somit betrifft dieses Verfahren ein Sputter-Verfahren, bei dem zwei verschiedene Targets, nämlich ein Tb- oder Gd-Target und ein Fe-Target verwendet werden.
Die DE-PS 21 63 607 betrifft eine magnetooptische Speicherschicht, die Metalle der Fe-Gruppe des Periodensystems, wie etwa Fe, Co und Ni, sowie Seltenerdelemente, wie etwa Gd, Tb und Dy, enthält. Dabei handelt es sich um ein kristallines Material und nicht um ein amorphes Material. Dieses bekannte kristalline Material wird mittels eines Verfahrens hergestellt, bei dem ein im Schwebeschmelzverfahren gewonnenes Material im Ultrahochvakuum mittels Flash-Verdampfung auf ein Substrat aufgedampft wird.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines magnetooptischen Aufzeichnungsmaterials, durch das eine Aufzeichnungsschicht mit gleichmäßiger Zusammensetzung in guter Reproduzierbarkeit erzeugt werden kann und das Aufzeichnungsmaterial mit ausreichend großen magnetooptischen Konstanten mit hoher thermischer Stabilität und Koerzitivkraft ausstattet.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren der vorausgesetzten Gattung gelöst, das nach der Erfindung gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruchs ausge­ bildet ist.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand bei­ gefügter Zeichnungen näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine Beziehung zwischen dem Kobaltgehalt und dem Winkel der Kerr-Verdrehung bei der Zu­ sammensetzung Tb0.21(Fe1-yCoy)0.79.
Fig. 2 zeigt eine Beziehung zwischen dem Kobaltgehalt und der Curie-Temperatur bei der Zusammensetzung Tb0.21(Fe1-yCoy)0.79.
Fig. 3 zeigt eine Beziehung zwischen der Koerzitivkraft und der Zusammensetzung eines erfindungsgemäß hergestellten magnetooptischen Aufzeichnungsmaterials auf Basis einer ternären, amorphen magnetischen Legierung von TbFeCo.
Gemäß der Erfindung wird ein magnetooptisches Aufzeich­ nungsmaterial mit ausgezeichneten magnetooptischen Kon­ stanten 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 hergestellte 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 Film­ oberfläche zu ermöglichen.
Demgemäß ist der Film notwendigerweise hauptsächlich aus einem amorphen Material gebildet.
Im allgemeinen kann der Film auf einem Substrat, das in der Nähe oder unterhalb Raumtemperatur gehalten wird, durch Zerstäubung, Vakuumdampfabscheidung oder derglei­ chen hergestellt werden.
Das hergestellte magnetooptische Aufzeichnungsmaterial aus einer ternären, amorphen, magnetischen Legierung hat vorzugsweise die durch die nachfolgende For­ mel dargestellte Zusammensetzung:
Tby(Fe1-xCox)1-y
worin
Um eine ausreichende Anisotropie für das Aufzeichnungs­ material zu gewährleisten, liegt die Zusammensetzung von Tb, Fe und Co vorzugsweise bei
0.6 (1-y) 0.9
wenn die allgemeine Formel Tby (Fe1-xCox)1-y berücksichtigt wird.
Um ferner eine thermische Stabilität für das Aufzeich­ nungsmaterial zu gewährleisten, liegt die Zusammensetzung vorzugsweise bei
0.01 × < 1.0.
Mit anderen Worten kann die Curie-Temperatur der Zusammen­ setzung bei 100°C oder höher liegen und dessen thermi­ sche Stabilität dann verbessert werden, wenn Co-Atome in einer Zusammensetzung in einer Menge von 0.01 Atoman­ teil, bezogen auf den Gesamtatomgehalt von 1( Fe + Co) vorhanden ist.
Um andererseits die Richtung der Magnetisierung senkrecht zur Filmoberfläche zu legen, liegt die Filmdicke vorzugs­ weise 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 ver­ wendet 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 wur­ den das Substrat und das Target in einem Abstand von 50 mm angeordnet, und die Apparatur wurde auf einen Druck von 3 × 10-7 Torr oder darunter evakuiert. Argongas mit einer Reinheit von 99,999% wurde in die Apparatur bis auf einen Druck von 5 × 10-4 Torr eingeführt und anschließend wurde der Argongasdruck in der Apparatur 6,65 Pa (5 × 10-2 Torr) ein­ gestellt, indem das Hauptventil auf der Evakuierungssei­ te betätigt wurde. Auf dem Substrat wurde ein Film ge­ bildet, indem an das Target eine Hochfrequenzstromquelle mit einer Leistung von 2 W/cm² 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 0.18°.
Die Curie-Temperatur von Tb0.21(Fe0.95Co0.05)0.79 beträgt 120°C und ist damit um 29°C höher als die Curie-Tempera­ tur von Tb0.21(Fe0.95Co0.05)0.79 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
Der Film wurde durch Wiederholung von Beispiel 1 herge­ stellt, außer daß die Zusammensetzung des Targetmaterials für die Zerstäubung Tb0.21(Fe0.90Co0.10)0.79 betrug. Der resultierende Film besaß eine leichte Magnetisierbarkeit bezüglich der Achse, die senkrecht zur Filmoberfläche steht, einen durch Röntgenstrahlbeugung bestimmten amor­ phen 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-Verdrehung und der Curie-Temperatur. Im Vergleich zu den Werten für Tb0.21Fe0.79 lag der Winkel der Kerr-Verdrehung um 0.1° und die Curie-Temperatur um 44°C höher.
Beispiel 3
Die Verfahrensweise von Beispiel 1 wurde wiederholt, außer daß die Zusammensetzung des Targetmaterials zum Zerstäu­ ben Tb0.21(Fe0.85Co0.15)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. 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-Rotation und der Curie-Temperatur. Im Vergleich zu den Werten für Tb0.21 Fe0.79 wurde der Winkel der Kerr-Verdrehung um 0.17 und die Curie-Temperatur um 59°C verbessert.
Fig. 3 verdeutlicht eine Beziehung zwischen einer Zusam­ mensetzung einer ternären, amorphen, magnetischen Legie­ rung und deren Koerzitivkraft in einem erfindungsgemäß hergestellten magnetooptischen Aufzeichnungsmaterial. In Fig. 3 zeigt Linie 1 die Kompensationszusammensetzung und die Linien 2 und 2′ zeigen Zusammensetzungen mit einer Koerzitiv­ kraft 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 Kompensationszusammen­ setzung ist, desto merklich höher wird die Koerzitiv­ kraft. 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 hinsicht­ lich der Reproduzierbarkeit während der Schichtbildung nicht geeignet.
Um im allgemeinen das elektrooptische Aufzeichnungsmate­ rial herzustellen, das einfach gehandhabt werden kann, liegt die Koerzitivkraft bei 4000 Oe oder darunter. Dem­ gemäß liegt eine Zusammensetzung mit einer geeigneten Koerzitivkraft innerhalb der in Fig. 3 schraffierten Fläche, damit auch eine ausreichende Anisotropie beibe­ halten wird.
Die schraffierte Fläche kann durch die folgenden Formeln in Ausdrücken von Tby(Fe1-xCox)1-y dargestellt werden:
Beispiel 4
In einer Hochfrequenzzerstäubungsapparatur wurde eine weiße Glasscheibe mit einer Größe von 25 mm × 76 mm als Substrat 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 das Substrat und das Target in einem Abstand von 90 mm angeordnet, und die Apparatur wurde auf einen Druck von 3 × 10-7 Torr 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 6 × 10-3 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/cm² angelegt wurde. Es wurde ein Film mit einer Dicke von 150 nm gebildet, der eine leichte Magnetisierbarkeit in einer Achse senkrecht zur Filmober­ fläche besaß, und der war amorph, wie durch Röntgen­ strahlen-Beugung festgestellt wurde.
Es wurde auch gefunden, daß der Film aus 13,5 Atom-% Tb, 4,7 Atom-% 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
Während die vorstehenden Ergebnisse unter Verwendung eines Zerstäubungsverfahrens erhalten wurden, werden die gleichen Ergebnisse auch durch ein Vakuumabscheidungs­ verfahren erreicht.
Das erhaltene magnetooptische Aufzeichnungsmaterial ist aus einer besonders vorteilhaften ternären, amorphen, magnetischen Legierung zusammengesetzt, und das Signal/Störverhältnis beim Auslesen bzw. Abtasten ist verbessert, wie dies durch die vorstehenden Beispiele gezeigt ist.

Claims (1)

  1. Verfahren zur Herstellung eines magnetooptischen Aufzeichnungsmaterials aus einer amorphen Legierung auf der Grundlage von Tb und Fe auf einem Substrat, wobei am Target eine Hochfrequenzstromquelle zur Erzeugung einer Aufzeichnungsschicht angelegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Target eine TbFeCo-Legierung verwendet wird, daß die Leistungsdichte der an das Target angelegten Hochfrequenzstromquelle auf 2 W/cm² eingestellt wird, und daß die Herstellung des magnetooptischen Aufzeichnungsmaterials bei einer Argongasatmosphäre mit einer Reinheit von 99,999% Argon durchgeführt wird.
DE3348424A 1982-03-17 1983-03-16 Verfahren zur Herstellung eines magnetooptischen Aufzeichnungsmaterials Expired - Lifetime DE3348424C2 (de)

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