DE3429258A1

DE3429258A1 - Magneto-optisches speichermedium

Info

Publication number: DE3429258A1
Application number: DE19843429258
Authority: DE
Inventors: Tu Saratoga Calif. Chen
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1983-08-08
Filing date: 1984-08-08
Publication date: 1985-02-28
Also published as: FR2550647B1; FR2550647A1

Description

Magneto-optisches Speichermedium

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein magneto-roptisches Speichermedium.

Bei der Entwicklung von magneto-optischen Speichermedien zur Anwendung bei optischen Einrichtungen hat sich in letzter Zeit das Interesse auf dünne Schichten aus amorphen übergangsmetallen der seltenen Erden in binärer Verbindung wie z.B. TbFe oder GdFe und ternären Verbindungen wie z.B. TbGdFe oder TbCoFe oder äquivalenten Legierungssystemen als geeignete magneto-optische Materialien für Speichermedien konzentriert, weil solche Metalle eine ungewöhnliche Anisotropie und magneto-optische Eigenschaften aufweisen. Bei der Anwendung zur Informationsspeicherung aufgrund von wärmemagnetischem Einschreiben wird die Bit-Information in diskreten Bereichen gespeichert, in dem mit einem fokussierten Hochenergielaser in Kombination mit einem angewandten Magnetfeld geschrieben wird. Um die gespeicherte Information auszulesen oder aufzufinden, werden die Bit-Bereiche mit einem fokussierten, polarisierten Laserstrahlenbündel niederer Energie in Kombination mit einem Fotowandler and Analysator abgetastet, wodurch das ausgelesene Signal erhalten wird.

Zur praktischen Anwendung sollten die geschriebenen Bit-Bereiche so klein wie möglich gehalten werden, damit die

Speicherkapazität eines gegebenen Abschnittes des Mediums maximal wird. Jedoch verringert eine Verringerung der Größe des Bit-Bereiches auch den Amplitudenpegel des ausgelesenen Signals und verringert damit das Signal-Rausch-Verhältnis des Mediums. Kürzlich wurden verschiedene Strukturen, wie das Beschichten des Mediums mit einer dielektrischen Schicht geeigneter Dicke mit einem hohen Brechungsindex oder das Vorsehen einer reflektierenden Unterschicht vorgeschlagen, um den Signalpegel des von dem Medium ausgelesenen Signals während des Aufsuchens der Information zu erhöhen, in dem an dem ausgelesenen Signal eine erhöhte Modus-Umwandlung (Drehung der Polarisation) hervorgerufen wird. Wie im folgenden erläutert, schaffen die kürzlich vorgeschlagenen Strukturen (dielektrische Beschichtung oder reflektierende Unterschicht) eine Modusumwandlung des auf einen Bit-Bereich auftreffenden AusIeseStrahlenbündels, jedoch mit einer Grenze. Somit bleibt das Bedürfnis nach einer neuen Mediumstruktur, die eine weitere Erhöhung der Modus-Umwandlung des auf einen Bit-Bereich auftreffenden Lesestrahlenbündels gegenüber den bisher vorgeschlagenen Strukturen schafft, die eine bedeutende Erhöhung des Signal-Untergrund-Verhältnisses zum Ergebnis hat und daher eine bedeutende Zunahme der Bit-Dichte erlaubt.

Die Erfindung schafft ein magneto-optisches Speichermedium, bei dem zwei Schichten oder Lagen von magnetischem Material verwendet wird, wobei die magneto-optisehe Hysteresiskurve einer der Schichten einen Richtung ssinn aufweist, der zu dem Richtungssinn der magneto-optischen Hysteresiskurve der anderen Schicht entgegengesetzt ist. Bei dem Medium ist die durch eine der magnetischen Schichten hervorgerufene Polarisationsdrehung durch den Farraday-Effekt in Phase mit der durch

den Kerr-Effekt hervorgerufene Polarisationsdrehung durch die andere der magnetischen Schichten, so daß eine additive Modus-Umwandlung von unterschiedlichen Bereichen des Mediums geschaffen wird, wodurch das erfaßte Signal ein erhöhtes Signal-Untergrund-Verhältnis aufweist.

Der Erfindungsgegenstand wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 und 2 Querschnittsdarstellungen von magnetooptischen Speichermedien nach dem Stand der Technik,

Fig. 3 und 4 Querschnittsdarstellungen von magnetooptischen Speichermedien, die ein höheres Lesesignal aufgrund der additiven Interferenz zur erhöhten Modus-Umwandlung liefern,

Fig. 5 durch Kerr-Effekt und Farraday-Effekt hervorgerufene Drehungen für einen Bit-Bereich der Medien gemäß Fig. 3 und einen benachbarten Bereich der Medien der Fig. 3,

Fig. 6 die Abhängigkeit des Magnetisierungsmomentes von der Zusammensetzung von TbFe auf den Richtungssinn der magneto-optisehen Hysteresiskurve und auf den Richtungssinn der Magnetisierungs-

Hysteresiskurve, und

Fig. 7 die Magnetisierungsrichtung als Funktion der Richtung des angelegten Feldes (oder der Netto-Schichtmagnetisierung) bei dem TbFe-Untergitter

(Fe oder Tb).

Um ein vollständiges Verständnis der vorgeschlagenen Medien zu erreichen, ist eine Erörterung der bisher bekannten Medien mit dielektrischer Beschichtung und der Medien mit reflektierender Unterschicht unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bzw. 2 angezeigt. Zunächst wird das Medium mit dielektrischer Beschichtung gemäß Fig. 1 abgehandelt, welches aus einem Träger 10 aus Glas, einer magnetischen Schicht 11 aus TbFe, die auf den Träger 10 aufgebracht ist, und einer dielektrischen Schicht 12 aus Siliziumoxid besteht, die auf der magnetischen Schicht 11 aufgebracht ist. Die Magnetisierungsrichtung M der magnetischen Schicht ist so wie eingezeichnet. Der Lesestrahl I hat einen elektrischen Vektor oder eine PoIarisationsrxchtung E., wobei der von der Grenzschicht 1 reflektierte Anteil des Strahls I_Q mit R₁ und der an der Grenzschicht 2 (starke Reflexion). reflektierte Anteil des Strahls I mit R- bezeichnet ist. Die Strahlanteile R₁ und R₂ sind etwas nach rechts bzw. links versetzt, um die Erläuterung zu vereinfachen. Die optische Verstärkung des Ausgangsstrahls der mit einer dielektrischen Schicht überzogenen Struktur gemäß Fig. 1 erfolgt hauptsächlich durch eine Kontrasterhöhung aufgrund der Verringerung der reflektierten Lichtintensität unter Verwendung von Interferenz. Der tatsächliche Modus-übergang von der zu dem elektrischen Vektor E. parallelen Richtung zu der dazu senkrechten Richtung (d.h. der übergang vom parallelen Modus zum senkrechten Modus) aufgrund einer magneto-optischen Drehung durch den Kerr-Effekt an der Grenzschicht 1, die den elektrischen Vektor E_R1 des reflektierten Strahlanteils R₁ durch den Kerr-Effekt um den magneto-optischen Drehwinkel 0„ dreht, wird durch eine magneto-optische Drehung des reflektierten Strahlanteils R₂ (eine Drehung von 20J₁(R₂)) verringert, da im Falle von Eisen und vielen auf Eisen beruhenden Legierun-

gen, wie z.B. TbFe, das Vorzeichen der Polarisationsdrehung aufgrund des Kerr-Effektes stets zu dem Vorzeichen der Polarisationsdrehung aufgrund des Farraday-Effektes entgegengesetzt ist. Somit weicht aufgrund der entgegengesetzten Drehrichtungen des Kerr-Effektes und Farraday-Effektes ein Zustand/der bei dünnen Strukturen nicht behoben werden kann, der elektrische Vektor des von einem BitrBereich reflektierten Strahls von dem elektrischen Vektor des Strahls nur um eine begrenzte Drehung ab, der von einem den Bit-Bereich umgebenden Bereich reflektiert wird.

Es wird nun auf das in Fig. 2 gezeigte Medium mit reflektierender Unterschicht Bezug genommen. Dieses Medium besteht aus einem Träger 10 aus Glas, einer reflektierenden Spiegelschicht 13 aus Aluminium, einer dielektrischen Schicht 14 aus Siliziumoxid, einer magnetischen Schicht oder Lage 11 aus TbFe und einer weiteren dielektrischen Schicht 12 ebenfalls aus Siliziumoxid. Die Magnetisierungsrichtung M der magnetischen Schicht 11 ist derart, wie sie gezeichnet ist. Bei dieser Struktur erfolgt bei dem Strahlanteil R- ebenfalls eine Polarisationsdrehung durch den Kerr-Effekt im Uhrzeigersinn von E. zu E_D1 (eine Drehung θ_ν) und eine Polarisations-

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drehung des Strahlanteils R2 aufgrund des Farraday-Effekts im Gegenuhrzeigersinn von E. nach E_R2 (eine Drehung um 20-,(R₂)). Zusätzlich liegt eine weitere Drehung durch den Farraday-Effekt aufgrund der dualen magnetooptischen Wechselwirkung des voll hindurchgehenden Anteils t des Lesetrahls I mit der Schicht 11 während der ursprünglichen Fortpflanzung des durch den Film 11 hindurchgegangenen Strahlanteils t und dann nach Reflexion an der Schicht 13 während der erneuten Fortpflanzung des hindurchgehenden Strahlanteils t durch die

Schicht 11 vor. Es wird noch einmal darauf hingewiesen, daß zur Erleichterung der Erläuterung die Wege der Strahlanteile R , R^ und t etwas seitlich verschoben dargestellt sind. Gemäß der Darstellung tritt an dem Anteil t_r des Strahls I , der durch die Schicht 11 hindurchgeht, eine erste Farraday-Drehung Q während des ersten Durchganges durch die Schicht 11 und nach der Reflexion an der Schicht 13 eine zweite Farraday-Drehung ©„ auf, so daß der elektrische Vektor E. des hindurchgegangenen/reflektierten Strahls t_r eine Polarisationsdrehung von 29„ (t ) aufweist. Da man eine Phasenänderung des hindurchgegangenen Strahls t_ durch Änderung der Dicke einer oder beider dielektrischer Schichten 11 und 13 hervorrufen kann, kann die Polarisationsdrehung 2©_F (t ) des Strahlanteils t aufgrund des Farraday-Effekts so gemächt werden, daß sie eine Richtung aufweist, die der durch den Kerr-Effekt bewirkten Polarisatonsdrehung entspricht, wie es durch die Drehung im Uhrzeigersinn von E. in Fig. 2 dargestellt ist. Da jedoch die Gesamtmodusdrehung des Strahlanteils t und des Strahlanteils R₁ durch die entgegengesetzte Drehung des Strahlanteils R^ verringert wird, welche, wie vorhergehend bemerkt wurde, eine Drehung durch den Farraday-Effekt ist, die stets der Drehung aufgrund des Kerr-Effektes im Falle von Eisen und vielen Eisenlegierungen entgegengesetzt ist, und die niemals bei dünnen Strukturen ausgeglichen werden kann, liefert das Medium mit reflektierender Unterschicht gemäß Fig. 2 einen begrenzten, tatsächlichen Modus-Übergang.

Ein realer Modus-Übergang und damit ein größeres Lesesignal werden mit den in den Fig. 3 und 4 gezeigten, neuen Speichermedien erreicht. Jedes Medium verwendet zwei Schichten eines Übergangsmetalls der seltenen Erden,

wobei die magneto-optische Hysteresiskurve einer Schicht einen Richtungssinn aufweist, der gegenüber dem Richtungssinn der magneto-optisehen Hysteresiskurve der anderen Schicht entgegengesetzt ist. Insbesondere weist eine Schicht einen Anteil an Übergangsmetall auf, der kleiner als die Ausgleichszusammensetzung des Legierungssystems ist, welches verwendet wird, um eine positiv gerichtete magneto-optische Hysteresiskurve zu schaffen, und die andere Schicht weist einen Anteil an Übergangsmetall auf, der größer als die Ausgleichszusammensetzung des Legierungssystems ist, welches verwendet wird, um eine negative, magneto-optische Hysteresiskurve zu schaffen.

Es wird besonders auf die Fig. 3 Bezug genommen. Das Speichermedium besteht in der Reihenfolge von oben nach unten aus einer ersten, dielektrischen Schicht 12, einer ersten Schicht 20 aus einem Übergangsmetall der seltenen Erden, die, wie dargestellt, eine positiv gerichtete, magneto-optische Hysteresiskurve aufweist, einer zweiten Schicht 22 aus einem Übergangsmetall der seltenen Erden, die, wie angezeigt, eine negativ gerichtete, magneto-optische Hysteresiskurve aufweist, einer zweiten dielektrischen Schicht 14 und einer reflektierenden, metallischen Spiegelunterschicht 13 auf einer Trägerscheibe 10.

Die Funktion und die Arbeitsweise jeder der Schichten der Lagen wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 5 untersucht. Die dielektrische Schicht 12, die Siliziumoxid oder ein anderes geeignetes, dielektrisches Material sein kann, dient als Oxidationsschutzschicht des Mediums und auch zur Interferenz oder Phasenanpassung, um das Signal-Untergrund-Verhältnis von jedem geschriebenen

Bit-Bereich zu optimieren. Die dielektrische Schicht 14, welche ebenfalls Siliziumoxid oder ein anderes, geeignetes, dielektrisches Material sein kann, dient der Interferenz oder Phasenanpassung, um das Signal-Untergrund-Verhältnis, welches von dem Strahlanteil t (der Anteil des von der Grenzschicht 3 reflektierten Strahls I) beiträgt, zu optimieren, und dient auch als Wärmeisolator beim magnetischen Schreiben unter Wärmeeinfluß. Die metallische Unterschicht 13 dient für den Strahlanteil t als voller innerer Reflektor. Die zwei magnetischen Schichten 20 und 22 mit entgegengesetzt gerichteter magneto-optischen Hysteresisschleife, die das Eigentliche der neuen Struktur bilden, dienen dazu, eine zusammengesetzte Polarisationsdrehung aufgrund des Farraday-Effekts für den reflektierten Strahlanteil R₂ (der Anteil des von der Grenzschicht 2 reflektierten Strahls I) und des Strahlanteils t zu erzielen, die das gleiche Vorzeichen wie die Polarisationsdrehung aufgrund des Kerr-Effektes bei dem reflektierten Strahlanteil R₁ (der Anteil des von der Grenzschicht 1 reflektierten Strahls I) aufweist, wodurch ein zusammengesetzter Ausgangsstrahl mit beträchtlichem realen Modus-übergang geschaffen wird.

Einzelheiten der Struktur und der Arbeitsweise des in Fig. 3 gezeigten Mediums wird nun bei einer TbFe-Legierung als das für die Schichten 20 und 22 verwendete Übergangsmetall der seltenen Erden erläutert. Bei amorphen Schichten von Metallegierungen der seltenen Erden, wie z.B. einer Schicht einer TbFe-Legierung, kann der Richtungssinn der magneto-optischen Hysteresiskurve entweder positiv oder negativ bei einer gegebenen Richtung einer Nettomagnetisierung in Abhängigkeit davon sein, ob die Konzentration des Elementes des übergangsmetaHs der seltenen Erden in der Legierung oberhalb oder unter-

halb der Ausgleichszusammensetzung für die Legierung liegt. Diese Eigenschaft ist bei TbFe-Legierungen ohne weiteres aus der schematischen Darstellung gemäß Fig. 6 ersichtlich, die die Abhängigkeit des Richtungssinns (positiv oder negativ) der magneto-optischen Hysteresiskurve von der Zusammensetzung des Übergangselementes zeigt. Gemäß der Darstellung ist, obgleich selbst die mit einem Schwingungsabtastmagnetometer erhaltenen Magnetisierungskurven (die VSM-Kurven in Fig. 6) einen positiven Richtungssinn sowohl für Legierungen mit Feüberschuß (der Tb-Anteil ist kleiner als der Ausgleichsanteil von 23% Tb), als auch für Legierungen mit TB-überschuß (der Tb-Anteil ist größer als der Ausgleichsanteil von 23% Tb) bei einem positiven Nettomagnetisierungsmoment M der Schicht zeigen, ist die magneto-optische Hysteresiskurve von Legierungen mit Tb-Überschuß negativ, während die entsprechende Kurve bei Legierungen mit Fe-Überschuß positiv ist. Diesem Phänomen liegt die Tatsache zugrunde, daß der magneto-optische Effekt durch nur einen Typ von Untergitteratom (das Fe-Atom im Falle von TbFe) beherrscht wird und deshalb der Richtungssinn der Nettodrehung als Ergebnis der magneto-optischen Wechselwirkung von Licht mit dem Medium durch die Magnetisierungsrichtung des herrschenden Untergitteratoms, welches einen stärkeren magneto-optischen Effekt hat, bestimmt wird als durch die Nettomagnetisierungsrichtung der Legierungsschicht. Bei einer aus einer Doppelschicht zusammengesetzten Magnetschichtstruktur (eine Schicht 22 mit Tb-Überschuß und eine Schicht 20 mit Fe-Überschuß, wie es Fig. 5 zeigt) ist der Zustand der Nettomagnetisierungsrichtung in jeder Schicht bei einer gegebenen Feldrichtung M identisch, jedoch sind die Magnetisierungsrichtungen der Untergitteratome in einer Schicht zu den gleichen Arten von Untergitteratomen in der anderen

Schicht aufgrund der Dominanz der Fe-Atome zueinander entgegengesetzt, wie es in Fig. 7 dargestellt ist. Deshalb ist die durch den Farraday-Effekt hervorgerufene magneto-optische Drehung beim Durchgang des Strahlanteils t durch die obere Schicht 20 zu der Drehung aufgrund des Farraday-Effektes entgegengesetzt, die beim Durchgang des Strahlanteils t durch die untere Schicht 22 erhalten wird.

Da die Größe der Drehung aufgrund des Farraday-Effekts bei jeder der magnetischen Schichten 20 und 22 proportional zu der Schichtdicke und dem magneto-optischen Koeffizienten für diesen Effekt ist, kann eine Nettodrehung der Polarisation des Strahlanteils t erhalten werden, wenn unterschiedliche" Dicken für die Schichten und 22 oder unterschiedliche Materialkoeffizienten verwendet werden. In dem Falle von TbFe hängt der magnetooptische Koeffizient für den Farraday-Effekt nur sehr gering von der Zusammensetzung innerhalb von wenigen Prozenten (ungefähr 8 Atomprozent) auf beiden Seiten der ausgeglichenen Zusammensetzung (ungefähr 23 Atomprozent Tb) ab, so daß sich deshalb, um eine Nettopolarisationsdrehung zu erhalten, nachdem der Strahlanteil t beide Schichten 20 und 22 durchlaufen hat, grundsätzlich die relativen Dicken der Schichten 20 und 22 verändern. Zum Auswählen der Dicken der jeweiligen magnetischen Schichten 20 und 22 ergibt sich folgende Regel:

1. Die Drehung des Strahlanteils R₁ aufgrund des Kerr-Effektes findet nur auf der oberen Oberfläche der oberen Schicht 20 statt und die erforderliche Dicke der Schicht 20, um die Polarisationsdrehung durch den Kerr-Effekt zu maximalisieren, ist recht klein,

etwa 50 bis 200 A, wo die Lichtabsorption nahezu

gleich dem Hauptteil ist. Deshalb erfüllt eine sehr geringe Dicke der Schicht 20 das Erfordernis für eine nahezu maximale Polarisationsdrehung aufgrund des Kerr-Effektes.

2. Da die Schicht 20 eine positive magneto-optische Hysteresiskurve aufweist, hat die Polarisationsdrehung des Strahlanteils t aufgrund des Farraday-Effektes durch die magnetische Schicht 20 einen entgegengesetzten Drehsinn bezüglich der Polarisierung des Strahlanteils R- aufgrund des Kerr-Effektes, und zwar unabhängig von der Anzahl der Durchgänge und der Phasenbeziehung des Lichtes, weil diese Drehung aufgrund des Farraday-Effektes die gleiche Richtung des üntergittermomentes wie die Drehung des Strahlanteils R. aufgrund des Kerr-Effektes "sieht". Deshalb sollte die Dicke der Schicht 20, um eine übermäßige Absorption durch die Schicht 20 und die PoIarisationsdrehung aufgrund des Farraday-Effektes durch die Schicht 20 zu verringern, nicht größer als der Grenzwert sein, der für eine Maximierung der Drehung des Strahlanteils R₁ durch den Kerr-Effekt erforderlich ist.

3. Die durch die magnetische Schicht 22 aufgrund des Farraday-Effektes hervorgerufene Drehung des Strahlanteils t weist den gleichen Drehsinn wie die Drehung des Strahlanteils R₁ aufgrund des Kerr-Effektes auf. Der Grund hierfür besteht darin, daß die Schicht 22 eine negativ gerichtete magneto-optische Hysteresisschleife aufweist, wodurch der Strahlanteil t die entgegengesetzte Richtung des Untergittermomentes "sieht". Deshalb sollte die Dicke der Schicht 22 soweit wie möglich erhöht werden, um eine

stärkere Drehung des Strahlanteils t in dieser Schicht zu ermöglichen. Die maximale Dicke der Schicht 22 ist durch die Intensität des hindurchgehenden Strahls begrenzt, welcher durch das Medium hindurchgehen und die Oberfläche des Mediums erreichen kann, um zu der Nettopolarisationsdrehung der Strahlanteile R-, und t für das zusammengesetzte

^ r

Ausgangssignal beizutragen, wobei Mehrfachreflexionen und -absorptionen zu berücksichtigen sind, die in dem Mehrschichtmedium auftreten.

Aufgrund der drei angegebenen Kriterien ist es offensichtlich, daß die Schicht 20 der magnetischen Doppelschicht von geringer Dicke und die Schicht 22 eine so groß wie mögliche, relative Dicke aufweisen sollte. Eine gute Regel für die Dicken der Schichten 20 und 22 besteht darin, daß die Dicke der Schicht 22 größer als das Doppelte der Dicke der Schicht 20 sein sollte. Ausgehend von berechneten Absorptions- und Durchlässigkeitsdaten für eine TbFe-Schicht kann die Schicht 20 eine Dicke im

Bereich von 50 bis 200 A aufweisen, während die Schicht

22 eine Dicke im Bereich von 100 bis 400 A haben kann.

Zur allgemeinen Erläuterung ist die Richtung der Polarisationsdrehung für die verschiedenen Bereiche des Lesestrahls I (mit dem elektrischen Vektor E.) von der dualen magnetischen Schichtanordnung gemäß Fig. 3 in einem geschriebenen Bit-Bereich und dem umgebenden Bereich in Fig. 5 dargestellt. In Fig. 5 ist zur Vereinfachung der Darstellung die Reflexion von der Grenzschicht 0 unberücksichtigt. Unter der Annahme, daß eine Drehung im Uhrzeigersinn positiv und die Magnetisierungsrichtung M gemäß der Darstellung ist, beträgt die Drehung des Strahlanteils R- aufgrund des Kerr-Effektes in dem Bit-

Bereich θ_ν, die durch den Farraday-Effekt bewirkte Nettodrehung des Strahlanteils R2 aufgrund seines ursprünglichen Durchganges durch die Schichten 20 und 22 und seine Rückkehr durch die Schichten 20 und 22 nach der Reflexion von der Grenzschicht 2 gleich 2e__oo(R_o) - 2e__OA(R_o), die Drehung des Strahlanteils t durch den Farraday-Effekt aufgrund seines ursprünglichen Durchgangs durch die Schicht 20 gleich - θ_₂₀, die Drehung des Strahlanteils t durch den Farraday-Effekt aufgrund seines anfänglichen Durchgangs durch die Schicht 22 gleich + Qp₂₂/ die Drehung des Strahlanteils t durch den Farraday-Effekt wegen seiner Rückkehr (nach der Reflexion an der Grenzschicht 3 durch die Schicht 22 hindurch gleich + Θρ22' und die Drehung des Strahlanteils t durch den Farraday-Effekt wegen seiner Rückkehr durch die Schicht 20 gleich - θ_₂₀ (wenn eine richtige Phasenanpassung mit der richtigen Dicke des Dielektrikums 14 verwendet wird), wodurch sich im Bit-Bereich ergibt

^enet * ⁹K ^{+ 26}F22 " ²⁰F2O ^{+ 2θ} _Γ22^(Ε2^} " ^2eF20<^R2>' wohingegen im ümgebungsbereich, wo die Magnetisierungsrichtung M zu derjenigen im Bit-Bereich entgegengesetzt ist, die Drehung des Strahlanteils R aufgrund des Kerr-Effektes gleich - ©_K, die Nettodrehung des Strahlanteils R₂ durch den Farraday-Effekt aufgrund seines anfänglichen Durchganges durch die Schichten 20 und 22 und seine Rückkehr durch die Schichten 20 und 22 nach Reflexion an der Grenzschicht 2 gleich - 20_F22(R₂) + 2©_F20(R₂) ist, die Drehung des Strahlanteils t durch den Farraday-Effekt wegen seines ursprünglichen Durchgangs durch die Schicht 20 gleich + e_F20 ist, die Drehung des Strahlanteils t durch den Farraday-Effekt wegen seines ursprünglichen Durchganges durch die Schicht 22 gleich - θ_ρ22 ist, die Drehung des Strahlanteils t durch den Farraday-Effekt aufgrund seiner Rückkehr (nach der Reflexion an

der Grenzschicht 3) durch die Schicht 22 gleich ist, und die Drehung des Strahlanteils t durch den Farraday-Effekt wegen seiner Rückkehr durch die Schicht 20 gleich θ_ρ2η ist, so daß sich für den Umgebungsbereich ergibt 6_net = - θ_χ - 2θ_ρ20 + 2_θρ22 - 29^₂(R₂) ₊2θ_ρ20(R₂).

Somit, da θ . in dem Bit-Bereich wesentlich unterschiedlich θ . in dem Umgebungsbereich während des realen Modus-Überganges ist, liefert das Medium gemäß Fig. 3 die erwünschte starke Zunahme des Signal-Untergund-Verhältnisses.

Im Hinblick auf die dielektrischen Schichten 12 und 14 in Fig. 3 sollte die Dicke dieser Schichten richtig aufgrund der Grundsätze der Interferenztheorie ausgewählt werden, in der gleichen Weise die die Dicke der Schichten 12 und 14 bei den Strukturen gemäß Fig. 1 und 2 nach dem Stand der Technik ausgewählt werden, damit der Strahlanteil t₃ eine Polarisationsdrehung im gleichen Sinn wie die Polarisationsdrehung des Strahlanteils R₁ aufweist.

Zusammenfassend ergibt sich, daß ein verbessertes magneto-optisches Speichermedium auf der Grundlage einer Doppelschichtstruktur aus amorphen Schichten der Übergangselemente der seltenen Erden geoffenbart ist, welche magneto-optische Hysteresiskurven mit entgegengesetzt gerichtetem Sinn aufweisen, um den tatsächlichen Modus-Übergang zu erhöhen, so daß das Signal-Untergrund-Verhältnis des Ausgangsstrahls erhöht wird. Obgleich die Erfindung unter Bezugnahme auf TbFe als magnetisches Material für die Schichten 20 und 22 beschrieben wurde, wobei die Schicht 20 einen Fe-Überschuß und die Schicht 22 einen Tb-Überschuß aufweist, besteht keine Absicht dahingehend, die Zusammensetzung des magnetischen Mate-

rials aus zwei Schichten auf diese Weise zu begrenzen und entsprechend können die Schichten 20 und 22 aus vielen binären Legierungen der Übergangsmetalle der seltenen Erden ausgewählt werden, wie z.B. TbFe, GdFe, GdCo, HoFe, DyFe, usw., oder aus ternären Legierungen wie z.B. TbGdFe, TbGdCo oder Äquivalenten. Auch kann die Doppelschicht für die Schicht 20 aus einem Legierungssystem und für die Schicht 22 aus einem anderen Legierungssystem ausgewählt werden, solange das Untergittermoment in jeder der zwei Systeme bei einem gegebenen Magnetisierungszustand des Mediums entgegengesetzt gerichtet ist, um entgegengesetzt gerichtete Hysteresisschleifen für die Schichten 20 und 22 zu schaffen. Auch kann die reflektierende Unterschicht 13 aus einer Vielzahl von Metallschichten ausgewählt werden, wie z.B. Aluminium, Kupfer, Gold, Silber oder Chrom/Gold, solange die Dicke der Schicht ausreichend ist, um eine maximale Reflexion zu ergeben.

Das Medium gemäß Fig. 3 kann mit herkömmlichen Verfahrensvorrichtungen hergestellt werden. Im Falle von TbFe-Legierungen wird nach der herkömmlichen Beschichtung des Trägers 10 mit der reflektierenden Schicht 13 und dem Aufbringen der dielektrischen Schicht 14, der beschichtete Träger in einem HF-Diodenzerstäubungssystem angeordnet, welches ein erstes Target aufweist, bei dem Tb auf einer Eisenplatte aufgebracht oder an bestimmten Stellungen innerhalb einer Eisenplatte niedergeschlagen ist. Die Menge an Tb wird so eingestellt, daß das zusammengesetzte Target eine Schicht mit einer nominalen Zusammensetzung von Tb, die größer als die ausgeglichene Zusammensetzung einer TbFe-Legierung ist, beispielsweise 25 Atomprozent Tb beträgt, um eine Lage oder Schicht 22 zu ergeben. Nun wird das erste Target durch ein zweites

— I/O —

ähnliches Target ausgetauscht, bei dem die Menge von Tb so eingestellt ist, daß das zusammengesetzte Target eine Schicht mit einer nominalen Zusammensetzung von Tb, die kleiner als die ausgeglichene Zusammensetzung einer TbFe-Legierung ist, beispielsweise 21 Atomprozent Tb, aufweist, um eine Lage oder Schicht 20 zu schaffen. Das Aufbringen der dielektrischen Schicht 12 wird nun an Ort und Stelle vorgenommen, um eine Oxidation der TbFe-Schicht 20 zu verhindern.

Das Medium gemäß Fig. 3 mit der Doppelschicht aus übergangsmetallen der seltenen Erden weist den Vorteil auf, daß wegen der sehr engen Berührung zwischen den zwei Schichten 20 und 22 ohne weiteres geschrieben und gelöscht werden kann. Jedoch ist wegen der metallischen Unterschicht 13 die Herstellung des Mediums ein ziemlich komplizierter Vorgang, da eine Anzahl von Schichten unterschiedlicher Materialien vorliegen. Um die Kompliziertheit der Herstellung des Mediums zu verringern, ist auch die Struktur gemäß Fig. 4 vorgeschlagen. Das Medium gemäß Fig. 4 ergibt eine Verringerung der Kompliziertheit der Herstellung in bezug auf das Medium gemäß Fig. 3, wobei weiterhin eine Verstärkung der Polarisationsdrehung vorliegt. Bei dem Medium gemäß Fig. 4 werden ebenfalls zwei benachbarte Schichten 20 und 22 aus Übergangsmetallen der seltenen Erden verwendet, die entgegengesetzt gerichtete magneto-optische Hysteresiskurven aufweisen und unmittelbar auf einen einen niedrigen Brechungsindex aufweisenden Träger 10' aus einem Glas mit niederem Brechungsindex oder einem anderen geeigneten Material mit einem niederen Brechungsindex aufgebracht sind. Eine dielektrische Schicht 12 ist auch auf der Schicht 20 vorgesehen. Wegen des einen geringen Brechungsindex aufweisenden Trägers 10' ergibt die Grenz-

schicht 2 eine beträchtliche Reflexion, wobei der reflektierte Strahl Rj die gleiche Richtung der Netto-Farraday-Drehung wie die Kerr-Drehung des reflektierten Strahls R aufweist. Das Medium gemäß Fig. 4 hat ohne die besondere reflektierende Schicht eine verringerte Kompliziertheit bei der Herstellung. Wenn der Träger 10' metallisch oder ein Material mit einem großen Brechungsindex ist, würde eine dielektrische Schicht mit einem niederen Brechungsindex, wie z.B. Siliziumdioxid zwischen der Schicht 22 und dem Träger 10' aufgebracht. In dem Bit-Bereich ergibt das Medium gemäß Fig. 4 für die dargestellte Magnetisierungsrichtung M und unter der Annahme, daß eine Drehung im Gegenuhrzeigersinn positiv ist, θ *-~^Κ~\ (aufgrund des Strahlanteils R-) - 2Θ „n^^) (wegen des doppelten Durchganges des Strahlanteils R2 durch die Schicht 20) + ²©_F22^^R2^ (wegen des doppelten Durchganges des Strahlanteils R2 durch die Schicht 22), wohingegen außerhalb des Bit-Bereiches erhalten wird ⁰HCt^ " ^ΘΚ1 ^{+ 2e}F20^(R2* ~ ²⁰F22^iR2^{)/ so daß wiederum} ein bedeutender realer Modus-übergang und ein erhöhtes Signal-Untergrund-Verhältnis erhalten wird.

Die den Teilen des Mediums gemäß Fig. 3 entsprechenden Teile des Mediums gemäß Fig. 4 wären aus den gleichen Materialien und hätten die gleichen physikalischen Abmessungen, soweit nicht anders angegeben.

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Claims

GRÜNECKER, KINKELDEY, STOCKMAIR & PARTNER

PATENTANWÄ

ÄÄ29258

A- GRÜNECKER, on. DR H KINKELDEY. DR W. STOCKMAIR. DR K, SCHUMANN. o-P H JAKOB. o»L-»D DR G BEZOLD. oH-o W MEISTER. OPl··« H. HILQERS. Wlhnk DR H. MEYER-PLATH.

ο«.··β.»εΐ (

Xerox Corporation

Xerox Square

Rochester, New York 14644

USA

ΘΟΟΟ MÜNCHEN 22 MAXtMUANSrnwSSE S8

P 18 892

8. August 1984

Magneto-optisches Speichermedium

Patentansprüche

1. Magneto-optisches Speichermedium, dadurch gekennzeichnet , daß das Medium erste und zweite Schichten (20, 22) aus magnetischem Material umfaßt, wobei diese Schichten entgegengesetzt gerichtete magneto-optische Hysteresiskurven aufweisen.

2. Magneto-optisches Speichermedium nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine (22) der Schichten aus magnetischem Material wesentlieh dicker als die andere (20) der Schichten aus magnetischem Material ist.

3. Magneto-optisches Speichermedium nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die eine

(22) der Schichten wenigstens doppelt so dick wie die andere (20) dieser Schichten ist.

4. Magneto-optisches Speichermedium nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schichten Übergangsmetalle der seltenen Erden sind.

5. Magneto-optisches Speichermedium nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß eine der Schichten einen Anteil an Übergangsmetall aufweist, der kleiner als der für die ausgeglichene Zusammensetzung ist, und daß die andere der Schichten einen Anteil an Übergangsmetall aufweist, der größer als der der ausgeglichenen Zusammensetzung ist.

6. Magneto-optisches Speichermedium nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß eine (20) der Schichten einen Anteil an Übergangsmetall aufweist, der kleiner als der für eine ausgeglichene Zusammensetzung ist, damit diese Schicht (20) eine positiv gerichtete magneto-optische Hysteresiskurve aufweist, und daß die andere (22) der Schichten einen Anteil an Übergangsmetall aufweist, der größer als der der ausgeglichenen Zusammensetzung ist, damit diese Schicht (22) eine negativ gerichtete magneto-optische Hysteresiskurve aufweist.

7. Magneto-optisches Speichermedium nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Schichten (20, 22) einander benachbart sind.

8. Magneto-optisches Speichermedium nach Anspruch 4, dadurch gekenn ze ichnet , daß die Schichten aus magnetischem Material aus der binäre Legierungen und ternäre Legierungen umfassenden Gruppe ausgewählt sind.

9. Magneto-optisches Speichermedium,

dadurch gekennzeichnet, daß es erste und zweite Schichten aus magnetischem Material aufweist, die entgegengesetzt gerichtete magneto-optische Hysteresiskurven aufweisen, daß eine Hauptoberfläche einer der Schichten einem Material mit einem großen Brechungsindex benachbart ist, wodurch ein durch die Schichten hindurchgehender Lichtstrahl von dem Material mit großem Brechungsindex so reflektiert wird, daß der Lichtstrahl erneut diese Schichten durchquert.

10. Speichermedium nach Anspruch 9,

dadurch gekennzeichnet , daß das Material mit dem großen Brechungsindex ein Trägersubstrat ist.

11. Speichermedium nach Anspruch 9,

dadurch gekennzeichnet , daß das Material mit dem großen Brechungsindex eine Schicht aus einem Material mit großem Brechungsindex ist, welche von einem Substrat getragen ist.