DE3413086C2 - - Google Patents

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Description

Die Erfindung betrifft ein magneto-optisches Aufzeichnungsmaterial gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein derartiges Aufzeichnungsmaterial ist beispielsweise aus IBM Technical Disclosure Bulletin, Vol. 15 (1972), S. 1792 bekannt.
Magneto-optische Aufzeichnungsmaterialien aus ferrimagnetischen Oxiden mit niedriger Curie-Temperatur ermöglichen die Aufzeichnung und Wiedergabe von Information oder Daten mit Hilfe von Laserstrahlen. Geeignete ferrimagnetische Oxide sind z. B. bei C. W. Chen, "Magnetism and Metallurgy of Soft Magnetic Materials", North-Holland Publishing Company, Amsterdam-New York-Oxford (1977), S. 218-219 beschrieben.
Aus IEEE Transactions on Magnetics, Vol. MAG-16 (1980), S. 1209-1211 ist es bekannt, für den Magnetfilm einen transparenten Schichtträger aus Glas zu verwenden.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein magneto-optisches Aufzeichnungsmaterial bereitzustellen, das eine magnetische Filmschicht aus einem ferrimagnetischen Oxid mit einer für die Aufzeichnung mit Halbleiter-Laserstrahlen ausreichend niedrigen Curie-Temperatur und verbesserten magneto-optischen Eigenschaften, einschließlich eines großen Faraday-Winkels aufweist, das nicht oxidiert oder korrodiert und somit unverändert gute magnetische Eigenschaften bewahrt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein magneto-optisches Aufzeichnungsmaterial mit einem Schichtträger, einer magnetischen Filmschicht und einer Reflexionsschicht, wobei die magnetische Filmschicht aus mindestens einem ferrimagnetischen Oxid der folgenden Formel besteht:
in der Me mindestens ein Element aus der Gruppe Ba, Sr und Pb bedeutet, MI mindestens ein Element aus der Gruppe Ga und Al bedeutet, MII mindestens ein Element aus der Gruppe Bi, Gd, Tb, Dy, Ho, La, Y, Co, Zn, Ti, Sc, In, Sn, Ca, Cr, Ni und Ge bedeutet, 1 ≦ x ≦ 8, 0 ≦ y ≦ 6, 1 ≦ x + y ≦ 8, m die Ionenwertigkeit von MI und n die Ionenwertigkeit vom MII ist.
Zur Verbesserung der magneto-optischen Eigenschaften der magnetischen Filmschicht kann gegebenenfalls zwischen der magnetischen Filmschicht und der Reflexionsschicht eine transparente dielektrische Schicht vorgesehen werden.
In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 einen schematischen Querschnitt durch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Aufzeichnungsmaterials;
Fig. 2 einen schematischen Querschnitt durch eine andere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Aufzeichnungsmaterials;
Fig. 3 einen schematischen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Aufzeichnungsmaterials.
Die erfindungsgemäß zur Herstellung der magnetischen Filmschicht verwendeten ferrimagnetischen Oxide haben eine niedrigere und für die Verwendung in magneto-optischen Aufzeichnungsmaterialien besser geeignete Curie-Temperatur als herkömmliche ferrimagnetische MeFe₁₂O₁₉-Oxide, in denen Me z. B. Ba, Sr oder Pb ist und die eine Curie-Temperatur von bis zu 400°C oder darüber aufweisen, so daß sie für magneto-optische Aufzeichnungsmaterialien ungeeignet sind.
In den erfindungsgemäßen ferrimagnetischen Oxiden ist ein Teil der Fe-Atome durch mindestens eines der Elemente MI, das heißt Ga und/oder Al ersetzt, von denen jedes einen kleineren Ionenradius als das Fe-Atom hat und somit die Fe-Atome leicht ersetzen kann. Obwohl beim Ersatz eines Teils der Fe-Atome durch Ga und/oder Al die Curie-Temperatur der ferrimagnetischen Oxide gesenkt werden kann, nimmt ihre Koerzitivkraft (Hc) derart zu, daß die Aufzeichnung mit Laserstrahlen erschwert wird. Um diesen Mangel zu beheben, wird ein Teil der Fe-Atome der magnetischen Oxide durch mindestens eines der Elemente MII ersetzt, d. h. durch Bi, Tb, Gd, Dy, Ho, La, Y, Co, Zn, Ti, Sc, Sn, Ca, Cr, Ni oder Ge. Hierdurch lassen sich die magnetischen und magneto-optischen Eigenschaften der Oxide, einschließlich des Faraday-Drehwinkels, verbessern.
Im folgenden sind repräsentative Beispiele für erfindungsgemäß verwendbare magnetische Oxide genannt:
BaAlGe3,75Fe₆O₁₉, PbAlGe4,5Fe₅O₁₉, BaAl₂Ga₃Fe₇O₁₉, SrAlGe3,75Fe₆O₁₉, BaGa₃DyFe₈O₁₉, SrGaTb₃Fe₈O₁₉,
BaGa₄Gd₃Fe₅O₁₉, BaYGa₄Fe₇O₁₉, BaGa₃BiFe₈O₁₉, SrGa₄Bi₂Fe₆O₁₉, BaGa₄Bi₂Fe₆O₁₉,
SrGa₄In₂Fe₆O₁₉, BaGa₃Sc₃Fe₆O₁₉, SrGe₃Ti1,5Fe₆O₁₉, BaAlGe₃Fe₇O₁₉, PbAlGe₃Fe₇O₁₉,
SrAlGe₃Fe₇O₁₉, BaGa₃Gd₃Fe₆O₁₉, BaGa₃Bi₂Fe₇O₁₉, SrGa₅Sn1,5Fe₅O₁₉, SrGa₄Ti₂Fe₆O₁₉.
Das Aufzeichnungsmaterial gemäß Fig. 1 umfaßt einen transparenten Schichtträger 1, eine darauf aufgebrachte magnetische Filmschicht 2 und eine darauf aufgebrachte Reflexionsschicht 3. Als Material für den transparenten Schichtträger 1 eignet sich z. B. Quarzglas und Pyrex-Glas. Die magnetische Filmschicht 2 hat z. B. eine Dicke von 100 bis 10 000 nm und wird auf den transparenten Schichtträger 1 z. B. durch Aufsputtern, Aufdampfen oder Ionenplattieren des ferrimagnetischen Oxids aufgebracht. Als Material für die Reflexionsschicht 3 eignen sich z. B. Metalle, wie Cu, Al, Ag, Au oder Pt, und Nitride, wie TiN und TaN. Die Reflexionsschicht 3 hat vorzugsweise eine Dicke von 20 bis 500 nm.
Das Aufzeichnungsmaterial gemäß Fig. 2 umfaßt eine transparente dielektrische Schicht 4 zwischen der magnetischen Filmschicht 2 und der Reflexionsschicht 3, wodurch die magneto- optischen Eigenschaften der magnetischen Filmschicht 2, einschließlich des Faraday-Winkels, verbessert werden. Als Materialien für die transparente dielektrische Schicht 4 eignen sich z. B. SiO₂, SiO, TiO₂, TiO und CeO₂.
Das Aufzeichnungsmaterial gemäß Fig. 3 umfaßt eine Schutzschicht 6 zum Schutz der Reflexionsschicht 3. Die Schutzschicht kann z. B. aus Kunststoffen, TiN, Si₃N₄, TaN, SiO₂, SiO oder TiO₂ hergestellt werden. Ferner kann, wie in Fig. 3 gezeigt, eine Führungsschicht 5 mit Führungsnuten zwischen der magnetischen Schicht 2 und der Reflexionsschicht 3 vorgesehen werden, um die Laserstrahlen während der Aufzeichnung und Reproduktion zu leiten. Die Führungsschicht 5 kann z. B. durch Aufbringen eines UV-Polymers auf die magnetische Filmschicht 2, Aufpressen einer Metallform mit den Führungsnuten auf das UV-Polymer und Härten des aufgetragenen UV- Polymers zu der Führungsschicht 2 hergestellt werden. Nach erfolgter Härtung wird die Metallform von der Führungsschicht 5 entfernt, und die Reflexionsschicht 3 wird z. B. durch Sputtern oder Aufdampfen auf die Führungsschicht 5 aufgebracht.
Beispiel 1
Auf ein Quarzglas-Substrat wird SiO₂ in einer Schichtdicke von 100 nm aufgesputtert. Hierauf sputtert man auf das SiO₂-beschichtete Substrat aus einem BaGa₄Bi₂Fe₆O₁₉- Target bei einer Substrattemperatur von 550°C, einem Sauerstoff-Partialdruck von 0,4 mbar und einem Gesamt- Gasdruck von 80 mbar eine magnetische Filmschicht von 1000 nm Dicke mit einer Herstellungsgeschwindigkeit von 2,5 nm/min auf.
Auf die erhaltene magnetische Filmschicht wird eine Al- Reflexionsschicht von 100 nm Dicke aufgebracht, wobei man ein magneto-optisches Aufzeichnungsmaterial Nr. 1 mit folgenden magnetischen Eigenschaften erhält:
Tc = 200°C, Ms = 62,8 mT; Hc = 238,7 kA/m.
An das Aufzeichnungsmaterial Nr. 1 wird ein Magnetfeld von 795,8 kA/m angelegt, um es in einer Magnetisierungsrichtung vollständig zu magnetisieren. Hierauf legt man in entgegengesetzter Magnetisierungsrichtung ein Magnetfeld von 39,8 kA/m an das magnetisierte Aufzeichnungsmaterial an, während gleichzeitig mit Halbleiter-Laserstrahlen von 800 nm und einer Ausgangsleitung von 10 mW in Form von Impulsen einer Frequenz von 1 MHz und etwa 5 mW bestrahlt wird. Hierbei erfolgt eine Aufzeichnung unter Umkehrung der ursprünglichen Magnetisierungsrichtung. Der Durchmesser der aufgezeichneten Bits beträgt etwa 1500 nm.
Beispiel 2
Beispiel 1 wird unter Verwendung eines SrGa₄TbFe₇O₁₉-Targets wiederholt, wobei man ein magneto- optisches Aufzeichnungsmaterial Nr. 2 mit folgenden magnetischen Eigenschaften erhält:
Tc = 210°C; Ms = 87,9 mT; Hc = 835,6 kA/m.
Beispiel 3
Beispiel 1 wird unter Verwendung eines BaGa₄DyFe₇O₁₉-Targets wiederholt, wobei man ein magneto- optisches Aufzeichnungsmaterial Nr. 3 mit folgenden magnetischen Eigenschaften erhält:
Tc = 180°C; Ms = 62,8 mT; Hc = 79,6 kA/m.
Beispiel 4
Beispiel 1 wird unter Verwendung eines BaGa₃YFe₈O₁₉-Targets wiederholt, wobei man ein magneto-optisches Aufzeichnungsmaterial Nr. 4 mit folgenden magnetischen Eigenschaften erhält:
Tc = 210°C; Ms = 125,6 mT; Hc = 238,7 kA/m.
Vergleichsbeispiel
Ein magneto-optisches Vergleichs-Aufzeichnungsmaterial wird durch Aufsputtern einer amorphen magnetischen Filmschicht einer Atomzusammensetzung von Tb/Fe = 22/78 in einer Dicke von 300 nm auf ein Glassubstrat und anschließendes Aufbringen einer SiO₂-Schutzschicht von 200 nm Dicke hergestellt.
Die Aufzeichnungsmaterialien gemäß den Beispielen 1 bis 4 und das Vergleichs-Aufzeichnungsmaterial werden zwei Verschleißtests (i) bei 70°C und 90% rF und (ii) bei 200°C und normaler Raumfeuchtigkeit jeweils 400 Stunden unterzogen, um die Oxidation der Aufzeichnungsmaterialien und die Beeinträchtigung der magnetischen Eigenschaften zu untersuchen. Hierbei werden die folgenden Ergebnisse erhalten:
Bei den Aufzeichnungsmaterialien Nr. 1 bis 4 ist nach den Verschleißtests praktisch keine Verschlechterung der magnetischen Eigenschaften zu beobachten. Demgegenüber ist das Vergleichs-Aufzeichnungsmaterial nach den Verschleißtests aufgrund der Anwesenheit von Pinholes in der Schutzschicht und von Sauerstoff in der magnetischen Filmschicht beträchtlich oxidiert, so daß die Koerzitivkraft Hc wesentlich abnimmt.
Beispiel 5
Auf eine Quarzglasscheibe von 120 mm Durchmesser, die als Substrat dient, wird zunächst ein in der C-Achse orientierter ZnO-Film von 50 nm Dicke aufgesputtert und dann eine magnetische Filmschicht von 2000 nm Dicke durch Aufsputtern mit einem Rf-Magnetron aus einem Paar BaGa₃YFe₈O₁₉-Targets aufgebracht. Auf die magnetische Filmschicht wird dann eine transparente dielektrische SiO₂- Schicht von 200 nm Dicke aufgesputtert. Schließlich sputtert man auf die transparente dielektrische Schicht eine Al-Reflexionsschicht von 50 nm Dicke auf, wobei man ein scheibenförmiges magneto-optisches Aufzeichnungsmaterial Nr. 5 mit folgenden magnetischen Eigenschaften erhält:
Tc = 210°C; Ms = 100,5 mT; Hc = 358,1 kA/m.
Die erhaltenen magneto-optischen Aufzeichnungsmaterialien sind oxidationsbeständiger und stabiler als herkömmliche magneto-optische Aufzeichnungsmaterialien mit amorphen magnetischen Schichten und weisen auch bessere magnetische Eigenschaften auf.
Bezugsbeispiel 1
Das in Beispiel 1 verwendete BaGa₄Bi₂Fe₆O₁₉-Target wird folgendermaßen hergestellt:
1 Mol BaCO₃, 2 Mol Ga₂O₃, 1 Mol Bi₂O₃ und 3 Mol Fe₂O₃ werden gleichmäßig miteinander vermischt und etwa 10 Stunden in einer Kugelmühle gemahlen. Hierauf bringt man das Gemisch in eine Metallform ein und pelletisiert es unter einem Druck von etwa 1 Tonne/cm².
Die erhaltenen Pellets werden in einen Elektroofen eingebracht und etwa 4 Stunden bei 1100 bis 1200°C calciniert. Anschließend sintert man die Pellets 4 Stunden bei 1350°C und erhält das gewünschte BaGa₄Bi₂Fe₆O₁₉-Target.
Die in den Beispielen 2 bis 4 verwendeten Targets werden auf ähnliche Weise unter Verwendung von SrCO₃, Ga₂O₃, Tb₂O₃ und Fe₂O₃ (Beispiel 2), BaCO₃, Ga₂O₃, Dy₂O₃ und Fe₂O₃ (Beispiel 3) bzw. BaCO₃, Ga₂O₃, Y₂O₃ und Fe₂O₃ (Beispiel 4) hergestellt.

Claims (10)

1. Magneto-optisches Aufzeichnungsmaterial mit einem Schichtträger, einer magnetischen Filmschicht und einer Reflexionsschicht, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Filmschicht aus mindestens einem ferrimagnetischen Oxid der folgenden Formel besteht: in der Me mindestens ein Element aus der Gruppe Ba, Sr und Pb bedeutet, MI mindestens ein Element aus der Gruppe Ga und Al bedeutet, MII mindestens ein Element aus der Gruppe Bi, Gd, Tb, Dy, Ho, La, Y, Co, Zn, Ti, Sc, In, Sn, Ca, Cr, Ni und Ge bedeutet, 1 ≦ x ≦ 8, 0 ≦ y ≦ 6, 1 ≦ x + y ≦ 8, m die Ionenwertigkeit von MI und n die Ionenwertigkeit vom MII ist.
2. Magneto-optisches Aufzeichnungsmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schichtträger transparent ist.
3. Magneto-optisches Aufzeichnungsmaterial nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Filmschicht eine Dicke von 100 bis 10 000 nm hat.
4. Magneto-optisches Aufzeichnungsmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflexionsschicht ein Metall oder ein Nitrid aus der Gruppe Cu, Al, Ag, Au, Pt, TiN und TaN enthält.
5. Magneto-optisches Aufzeichnungsmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflexionsschicht eine Dicke von 20 bis 500 nm hat.
6. Magneto-optisches Aufzeichnungsmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es auf der magnetischen Filmschicht eine transparente dielektrische Schicht aufweist.
7. Magneto-optisches Aufzeichnungsmaterial nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die transparente dielektrische Schicht SiO₂, SiO, TiO₂, TiO und/oder CeO₂ enthält.
8. Magneto-optisches Aufzeichnungsmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß es auf der Reflexionsschicht eine Schutzschicht aufweist.
9. Magneto-optisches Aufzeichnungsmaterial nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht einen Kunststoff, TiN, Si₃N₄, TaN, SiO₂ und/oder SiO enthält.
10. Magneto-optisches Aufzeichnungsmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß es zwischen der magnetischen Filmschicht und der Reflexionsschicht eine Führungsschicht mit Leitrillen für die Anwendung von Laserstrahlen bei der Aufzeichnung und Wiedergabe aufweist.
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