DE3426646A1

DE3426646A1 - Magneto-optisches speichermedium

Info

Publication number: DE3426646A1
Application number: DE3426646A
Authority: DE
Inventors: Nobutake Kamakura Imamura; Yasuyuki Yokohama Nagao; Fujio Tanashi Tokio/Tokyo Tanaka
Original assignee: Kokusai Denshin Denwa KK
Current assignee: KDDI Corp
Priority date: 1983-07-20
Filing date: 1984-07-19
Publication date: 1985-02-14
Also published as: JPH039545B2; FR2549630A1; JPS6025036A; FR2549630B1; US4628485A

Description

Magneto-optisches Speichermedium.

Die Erfindung betrifft ein magneto-optisches Speichermedium für die Verwendung als magneto-optischer. Speicher, als magnetisches Speicher- und Wiedergabeelement usw., insbesondere ein magnetisches Dünnfilm-Speichormedium, das eine magnetische Vorzugsachse in einer Richtung senkrecht zur Filmoberfläche besitzt und das die Speicherung einer Information ermöglicht, in dem eine umgekehrte magnetische Domäne mit zylindrischer oder irgendeiner beliebigen anderen Form erzeugt wird und wobei die Information wiedergegeben wird durch Anwendung des magnetischen Kerr-Effektes.

Mit dünnen ferromagnetisehen Filmen, die eine magnetische Vorzugsachse in einer senkrecht zur Filmoberfläche verlaufenden Richtung haben, ist es möglich, einen kleinen umgekehrten magnetischen Bereich (Weisz'scher Bezirk) mit einer magnetischen Polarität zu bilden, die gegenüber einer gleichförmigen magnetischen Polarität in der gleichförmig nach einem magnetischen Südpol oder einem magnetischen Nordpol magnetisierten Filmoberfläche umgekehrt ist. Indem man die Anwesenheit und Abwesenheit solcher umgekehrter magnetischer Bereiche zu digitalen Signalen "1" bzw. "0" erklärt, können solche dünnen ferromagnetischen Filme als Speichermedien mit hoher magnetischer Dichte verwendet werden. Diese ferromagnetischen,. in vertikaler Richtung magnetisieren dünnen Filme sind typischerweise amorphe seltene Erden, dünne übergangs-Metallegierungs-Filme, wie beispielsweise Gd-Co, Gd-Fe, Tb-Fe, Dy-Fe, GdTbFe usw. und zusätzlich MnBi als ein polykristalliner dünner Metallfilm und GIG als ein zusammengesetzter dünner Einzelkristallfilm.

Die Speicherung von Informationen in diesen dünnen Filmen erfolgt üblicherweise durch deren Erhitzung bis zu einer über

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der Curie-Temperatur oder der magnetischen Kompensationstemperatur des dünnen Filmes liegenden Temperatur, um in dem Film an einer gewünschten Position einen umgekehrten nagnetLschen Bereich zu bilden. E ie gespeicherte Information w:.rd wiedergegeben unter Verwendung des magnetischen Kerr-Ef fekttis, weLcher, wenn linearpolarisiertes Licht auf den dünnen magnetischen Film fällt oder von diesem reflektiert wird/ die Polarisationsebene nach rechts oder nach links dreht, und zwar in Abhängigkeit von der Magnetisationsrichtung (Kerr-Rotation).

In diesem Falle ist der durch das Auslesen eines gespeicherten Signals mit Hilfe von Licht erhaltene Rauschabstand (S/N-Verhältynis) nicht so hoch.

Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines fotomagnetischeu Speichermediums mit einem höhenn Rauschabstand (S/N-Verhältnis), der gegenüber der oben beschriebenen bekannten Struktur verbessert ist.

Nach der Erfindung ist ein magneto-optisches Speichermedium vorgesehen, bestehend aus einer Speicherschicht aus einem dünnen magnetischen Film mit niederiger Curie-Temperatur oder niedriger magnetischer Kompensationstemperatur und hoher Koerziti^kraft und mit einer magnetischen Vorzugsachse in einer Richtung senkrecht zur Filmoberfläche, aus einer Wiedergabeschicht, aus einem neben der Speicherschicht angeordneten dünnen magnetischen Film mit großem magnetischen Kerr-Rotationswinkel und mit einer magnetischen Vorzugsrichtung in einer senkrecht zur Filmoberfläche verlaufenden Richtung, und aus einem auf der Seite des Lichteinfalls angeordneten transparenten Substrat sowie aus einer reflektierenden Metallschicht für die Reflektion von Licht, das von der Seite des transparenten Substrates eingetreten ist und die Speicherschicht und die Widdergabeschicht durchsetzt hat. Ferner kann zumindest auf einer Seite des transparenten Substrates oder der reflektierenden Metallschicht in Bezug auf die Speicher-

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schicht und die Wiedsrgabeschicht zusätzlich eine dielektrische Schicht angeordnet ssin.

Die Erfindung wird im folgenden im einzelnen im Vergleich n.it dem Stand der Technik anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1. eine graphische Dlrstellung der Beziehung

zwischen der Curia-Temperatur Tc und dem Kerr-Rotationswinkel &_k,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen beispielsweisen

Aufbau eines üblichen fotomagnetischen Speichermediums, in welchem eine Speicherschicht und eine Wiedergabeschicht getrennt angeordnet sind,

Fig. 3 eine graphische Darstellung, welche ein gemessenes Beispiel der C/N-Charakteristik eines bekannten Beispiels zeigt,

Fig. 4 einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 5 eine graphische Darstellung, welche ein gemessenes Beispiel der C/N-Charakteristik des Ausführungsbeispiels nach Fig. 4 zeigt, und

Fig. 6A,

6B, 6C Längsschnitte, welche andere Ausführungsbe5.spiele der Erfindung zeigen.

Um die Unterschiede zwischen dem Stand der .Technik und der Erfindung deutlich aufzuzeigen, soll zuerst der Stand der Technik beschrieben werden. Das S/N-Verhältnis beim Auslesen eines gespeicherten Signals mit Hilfe von Licht beträgt:

S/N « {r . 9_k

wobei R das Reflektionsvermögen des dünnen magnetischen Films und 9_k der Rotationswinkel (Kerr-Rotationswinkel) der Polarisationsebene durch den magnetischen Kerr-Effekt sind. Diese

Gleichung zeigt, daß das S/N-Verhältnis erhöht werden kann durch Erhöhung des Reflektionsveimögens R oder des Kerr-Rotationswinkels 6,. Jedoch beträgt das Reflektionsvermögen R des magnetischen Mediums etwa 50%, und es ist unabhängig von der vorerwähnten Art der Medien konstant. Der Kerr-Rotationswinkel θ^ ändert sich mit der Art des Mediums, wie es in Fig. gezeigt j st, und er nimmt im allgemeinen zu mit dem Ansteigen der Curie-Temperatur TC. Infolgedessen kann dar Rauschabstand (S/N-Verhältnis) verbessert werden durch Verwandung von GdFeBi oder GdTbFe, das einen großen Kerr-Rotationswinkel Θ, besitzt. Da aber deren Curie-Temperatur TC oder magnetische Kompensationstemperatur hoch ist, wird eine große Speicherleistüng erforderlich, und es ist zur Zeit eine hohe Speichergeschwindigkeit bei Verwendung eines Halbleiter-Lasers unmöglich.

übrigens sind als Spitzendaten von C/nFc/N = S/N +10 log (ein Geräuschband) / (eine Auf lösuhgs-Bandbreite)J, die mit einem Einzelschicht-Medium erreichbar sind, Werte von 32dB angegeben, die mit einem Medium von TbFe bei einer Speicherfrequenz von einem MHz und in einer Bandbreite von 30KHz erhalten worden sind. Dann ist als ein -Verbesserungsverfahren zur Erzielung eines höheim C/N eine Struktur vorgeschlagen worden,wie sie in Fig. 2 gezeigt ist, in welcher die Speicherschicht und die Wiedergabeschicht voneinander getrennt sind. Hler wird als Wiedergabeschicht 2 eine Schicht mit hoher Curie-Temperatur und niedriger Koerzit^vkrr?t verwendet, die auf einem transparenten Substrat 1, wie Glas oder Kunststoffmaterial, gebildet ist, und es wird als Speicherschicht 3 eine Schicht mit niedriger Curie-Temperatur und hoher Koerzitivkraft verwendet, üblicherweise wird GdFe oder GdCo für die erstere und TbFe oder DyFe für die letztere verwendet. Dieses benutzt die Tatsache, daß ein in der Speicherschicht gebildetes Bit auch in der Wiedergabeschicht gebildet wird, und zwar durch eine Kopplungserscheinung zwischen der Speicherschicht und der Wiedergabeschicht aufgrund einer magnetostätischen Kraft und einer dazwischenwirkenden Austauschkraft. Deshalb kann eine Speicherung auch bewirkt werden durch eine niedrige Speicher-

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leistung, und da der Kerr-Rotationswinkel Q^ groß ist, kann eine Wiedergabe mit hohem C/N ausgeführt werden. Fig. 3 zeigt ein Beispiel, des durch einen Spektraianalysator gemessenen wiedergegebenen Spektrums eines bei einer Speicherfrequenz von einem MHz und mit einer Speicher-Lfeser-Leistung von 8mW gespeicherten Signales. Ein Wer!: von C/N - 45 dB wurde erhalten, der größer ist als 42'ÜB, der durch den vorhergenannten Einzelschicht-Film aus TbFe erhalten worden ist.

Die vorliegende Erfindung wird im folgenden im einzelnen beschrieben.

Fig. 4 zeigt die Struktur eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. Auf dem transparenten Substrat 1, beispielsweise aus Glas oder Kunststoff, §ind die Wiedergabeschicht 2 aus einem Material, das einen großen Kerr-Rotationswihkel bewirkt, wie GdFe, GdFeBi oder dergleichen und die Speicherschicht 3 aus einem Material, dessen Curie-Temperatur niedrig ist, wie TbFe, DyFe oder dergleichen. gebildet. Die Wiedergabeschicht 2 und die Speicherschicht 3 sind so dünn ausgebildet, daß Licht hindurchtreten kann, beispielsweise weniger als 500Ä. Als oberste Schicht ist eine reflektierende Schicht 5 vorgesehen, welche das Licht reflektiert, das die Schichten 2 und 3 durchsetzt hat. Die reflektierende Schicht 5 besteht beispielsweise aus Au, Ag, Cu oder dergleichen. Durch die Anordnung einer solchen reflektierenden Schicht wird der scheinbare Kerr-Rotationswinkel Θ, erhöht, und zwar durch den Kerr-Effekt, der durch die Reflektion des von der Seite des transparenten Substrates

1 einfallenden Ii chts an der Oberfläche der Wiedergabeschicht

2 und durch die'Faraday-Rotation der Polarisationsebene,

die erzeugt wird durch den Faradayeffekt, wenn das einfallende Licht die Wiedergabeschicht 2 und die Speicherschicht 3 durchsetzt, die magnetische Schichten sind, und wenn das durch die reflektierende Schicht 5 reflektierte Licht erneut die Speicherschicht 3 und die Wiedergabeschicht 2 durchsetzt. Hierdurch

wird das S/N-Verhältnis verbessert. Iii der Tat zeigt ein
Vergleich zwischen den Kerr-Rot at ions\ rinkein Q^, die mit
der Anordnung nach Fig. 2 und π it der vorliegenden Ausführung erhalten werden, gemessen untur Verwendung von He-Ne-Laserlicht, daß die erstere 0,55 und die letztere 0,7 ist,
was größer ist als die erstere, und zwar in einer Größenordnung von 20%. Fig. 5 zeigt ein Beispiel der gemessenen
C/N nach dieser Ausführung, bei welcher 48d:J erreicht wurden,
und zwar sogar unter der gleichen Bedingung wie im Falle der
Fig. 3. Dies ist eine Verbesserung des Wertes um etwa 3SB.
Somit wird durch die Anordnung nach der vorliegenden Erfindung
ein Speichermedium mit hohem S/N-Verhältnis geschaffen, das § zu einer Verbreiterung der Anwendung des magneto-optischen |< Speichers führt. §

Obgleich in "der vorhergehenden Ausführung die Wiedergabeschicht ff

2 auf der Seite des Substrates 1 vorgesehen ist, ist es auch f>

möglich, die Wiedergabeschicht 3 auf der Seite des Substrates |

1 anzuordnen und darauf die" Wiedergabeschicht 2 und die re- |

flektierende Schicht 5 in dieser Reihenfolge anzuordnen. Ins- |

ύ besondere in dem Falle, in dem ein Kunststoff-Substrat mit % großem thermischen Ausdehnungskoeffizient als Substrat 1"ver- ty wendet wird und die Wiedergabeschicht 2 darauf gebildet ist, | verläuft die magnetische Vorzugsachse manchmal nicht senkrecht %

zur Filmoberfläche der Wiedergabeschicht 2, wie es erwünscht i;

ist, und zwar aufgrund thermischer Verzerrung während des |

Herstellungsprozesses. Diese Erscheinung ist insbesondere be- j

merkenswert, wenn GdFe verwendet wird, jedoch in einem solchen jjj

Falle ist es wirksam, die Reihenfolge der Anordnung der $

Wiedergabeschicht 2 und der Speicherschicht 3 umzukehren. ä

Il Im folgenden werden andere Ausführungsbeispiele der Erfindung %

beschrieben, die in den Fig. 6A, 6B und 6C dargestellt sind. ξ\ Diese Ausführungen sind dazu bestimmt, mehrere Reflektionen j des Lichtes in dem Medium zu bewirken, sodaß das Licht mehr- _;J; fach der Kerr-Rotation unterworfen wird, wenn es durch die ;1

Wiedergabeschicht 2 oder die Speicherschicht 3 reflektiert 4

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wird und beim Passieren der Faraday-Rotation unterworfen wird. In den Fig. 6A, 6B und 6C bezeichne-: das Bezugszeichen 6 eine dielektrische Schicht, die beispielsweise aus SiO, SiO₂ oder dergleichen besteht und die angeordnet ist, um in das Medium eine Brechungsindexdifferenz einzuführen. Fig. «ÜA ist eine Struktur, in welcher die dielektrische Schicht 6 Zwischen der Speicherschicht 3 und der Reflektierungsschicht B ängeordnet ist, um mehrfache RefLektionen zwischen ihnen auszunutzen. Fig. 6B ist eine Struktur, in welcher die dielektrische Schicht 6 zwischen dem Substrat 1 und der Wiedergabeschicht 2 angeordnet ist, um mehrfache Reflektionen zwischen Ihnen auszunutzen. Im übrigen ist Fig. 6C eine Kombination der ~ Strukturen nach den Fig. 6A und 6B.

Auch in diesen Ausführungen können die Wiedergabeschicht 2

|| und die Speicherschicht 3 in der Position umgekehrt werden,

jj wie es bei Fig. 4 der Fall ist.

% Wie es vorstehend beschrieben wofden ist, ermöglicht die

I' Anordnung der reflektierenden Schicht"5 und der dielektrischen

Schicht 6 eine positive Verwendung der Faraday-Rotatio?! :': zusätzlich zur Kerr-Rotation, wodurch der scheinbare Kerr-

Rotationswinkel vergrößert wird, um so Licht mit einem hohen S/N-Verhältnis zu erzeugen. Diese Wirkung ist groß.

ί Im übrigen können die Ausführungen nach der vorliegenden

\ Erfindung leicht hergestellt werden durch ein Vakuum-Verdampfungsverfahren, ein Zerstäubungsverfahren, ein Ionen-Platt ierungs Verfahren usw.

Ferner kann die Wirkung der Erfindung auch erhalten werden durch Anwendung eines genuteten Substrates, was dazu bestimmt ist, die Nachführung zu erleichtern.

Claims

• " * ι« mi at· • ■ ""· · · · ι ι ι ι ι ι • · · ;> · 111 Patentansprüche

1. ) Magneto-optisches Speichermedium, bestehend aus ner Speicherschicht aus einem dünnen magnetischen Film mit niedriger Curie-Temperatur oder magnetischer Kompensationstemperatur und hoher Koerzitivkraft und mit einer magnetischen Vorzugsrichtung in einer senkrecht zur Filmoberfläche verlaufenden Richtung, aus einer Wiedergabeschicht aus einem neben der Speicherschicht angeordneten dünnen magnetischen Film mit großem magnetischen Kerr-Rotationswinkel und mit einer magnetischen Vorzugsrichtung in einer senkrecht zur Filmoberfläche verlaufenden Richtung, und aus einem auf der Seite des Lichteinfalls angeordneten transparenten Substrat, gekennzeichnet durch eine reflektierende Metallschicht (5) für die Reflektion von Licht, das von der Seite des transparenten Substrates her eingetreten ist und die Speicherschicht (3) und die Wiedergabeschicht (2) durchsetzt hat (Fig. 4).

2. Magneto-optisches Speichermedium nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest auf einer Seite des transparenten Substrates (1) oder der reflektierenden Metallschicht (5) in Bezug auf die Speicherschicht (3) und die Wiedergabeschicht (2) zusätzlich eine dielektrische Schicht (6) angeordnet ist (Fig. 6A, 6B, 6C).

3. Magneto-optisches Speichermedium nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß von der Speicherschicht (3) und der Wiedergabeschicht (2) die letztere Schicht (2) auf der Seite des transparenten Substrates (1) angeordnet ist (Fig. 4, 6A, 6B, 6C).

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4. Magneto-optisches Speichermedium nach Anspruch 1

oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß von der Speicherschicht (3) und der Wiedergabeschicht (2) die erstere Schicht (3) iuf der Seite des transparenten Substrates (1) angeordnet ist.