DE3639397A1 - Magneto-optisches aufzeichnungsmaterial - Google Patents

Magneto-optisches aufzeichnungsmaterial

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Description

Die Erfindung betrifft ein magneto-optisches Aufzeichnungsmaterial, das als Aufzeichnungsschicht eines magneto-optischen Aufzeichnungsmediums verwendet werden kann.
Magneto-optische Aufzeichnungsmedien mit einer magnetischen Dünnschicht, in der Information durch Ausbildung von magnetischen Domänen aufgezeichnet wird, indem die durch auftreffende Lichtstrahlen hervorgerufene thermische Effekte genutzt werden, und aus der die aufgezeichnete Information unter Ausnutzung des magneto-optischen Effekts der magnetischen Dünnschicht ausgelesen wird, genießen steigendes Interesse.
Als Materialien für derartige herkömmliche magneto- optische Aufzeichnungsmedien sind verschiedene amorphe Materialien bekannt, die Seltenerdmetalle und Übergangsmetalle umfassen. Magneto-optische Aufzeichnungsmedien, deren magnetisches Material aus einer derartigen amorphen Legierung besteht, werden z. B. dadurch hergestellt, daß man eine Tb-Fe-Legierung durch Vakuumbedampfen oder Sputtern auf ein Substrat, z. B. eine Glasplatte, aufbringt, um eine magnetische Schicht von etwa 0,1 bis 1 µm auszubilden.
Derartige magnetische Materialien in Form von amorphen Legierungen sind jedoch insbesondere aufgrund der enthaltenen Seltenerdmetalle derart oxidations- und korrosionsempfindlich, daß die magneto-optischen Eigenschaften von magnetischen Dünnschichten aus derartigen amorphen Legierungen mit der Zeit beträchtlich beeinträchtigt werden, wobei die Oxidation und Korrosion der magnetischen Dünnschicht durch das während der Informationsaufzeichnung auftretende Licht und die dabei erzeugte Wärme beschleunigt werden. Magnetische Materialien aus amorphen Legierungen haben ferner den Nachteil, daß sie beim Erwärmen zur Kristallisation neigen, wodurch sich die magnetischen Eigenschaften verschlechtern.
Magnetische Filme aus amorphen Legierungen haben eine geringe Durchlässigkeit im Wellenlängenbereich von Laserstrahlen, die zur Informationsaufzeichnung angewandt werden, wodurch die aufgezeichnete Information unter Nutzung des magneto-optischen Effekts, der von den von der Oberfläche der magnetischen Dünnschicht reflektierten Laserstrahlen hervorgerufen wird, d. h. des Kerr-Effekts, ausgelesen werden kann. Allerdings ist der Kerr- Drehungswinkel im allgemeinen so klein, daß die Wiedergabequalität sehr gering ist.
Die Erfinder haben in der JP-A-59 45 644 ein magneto- optisches Aufzeichnungsmedium mit einer magnetischen Schicht beschrieben, das ein magnetisches Material der allgemeinen Formel (A) oder (B) enthält.
MeM x M y Fe12-p O19 (A)
worin Me mindestens ein Element, ausgewählt unter Ba, Pb, Sr und Sc, ist und M mindestens ein Element, ausgewählt unter Co, Mn, Ti, Zn, Al, Sn, Cu, Cr und Mg, ist, p = x + y (y can 0 sein) und 1,2 ≦ p ≦ 2.
CoM z Fe2-z O4 (B)
worin M mindestens ein Element, ausgewählt unter Co, Mn, Ti, Zn, Al, Sn, Cu, Cr und Mg, ist und 0,75 ≦ z ≦ 1,3.
Bariumferrit vom Magnetoplumbit-Typ besitzt ausgezeichnete zeitliche Stabilität und Transparenz im Wellenlängenbereich von Laserstrahlen, so daß zu erwarten ist, daß der Faraday- Effekt wirksam genutzt werden kann. BaFe12O19 hat eine hohe magnetische Anisotropie, jedoch ist sein magnet-optischer Effekt so klein, daß er in der Praxis nicht für magneto-optische Aufzeichnungsmaterialien genutzt werden kann.
Der magneto-optische Effekt von BaFe12O19 läßt sich wesentlich verbessern, wenn man einen Teil der Fe-Atome durch Co-Atome ersetzt. In diesem Fall ist jedoch eine Ladungskompensation erforderlich, da dreiwertiges Fe durch zweiwertiges Co ersetzt wird. Erfolgt diese Ladungskompensation durch Ersatz von Fe-Atomen durch ein vierwertiges Metall, so nimmt die Kristallanisotropie ab.
Diese Tatsachen sind in den Fig. 4 und 5 dargestellt. In diesen Figuren bedeuten M ein vierwertiges Metall, x und y jeweils die Substitutionszahl und H A das Anisotropiefeld der kristallinen Anisotropie.
Bei Zusatz von Co nimmt somit die magnetische Anisotropie letzten Endes ab. Es besteht daher eine bestimmte Beschränkung hinsichtlich der Co-Menge, die für einen derartigen Ersatz verwendet werden kann. Die magneto- optischen Effekte lassen sich somit durch Zusatz von mehr Co nicht ausreichend verbessern. Wenn die magnetische Anisotropie innerhalb des Bereiches, in dem ein senkrecht zur Ebene magnetisierter Film hergestellt werden kann, klein ist, wird das Rechteckigkeitsverhältnis (Restmagnetisierung (Mr)/Sättigungsmagnetisierung (Ms)) der Hysteresisschleife des magnetischen Films, der nicht einer Entmagnetisierungsfeldkorrektur unterzogen wurde, ungeeignet. Dies hat zur Folge, daß für magneto-optische Speichervorrichtungen geeignete Eigenschaften nicht erzielt werden können.
Wenn die Informationsaufzeichnung in einem magneto-optischen Aufzeichnungsmaterial durch ein Lichtmodulationssystem erfolgt, ist es notwendig, daß das Rechteckigkeitsverhältnis (im folgenden: Mr/Ms-Verhältnis) in der Hystereseschleife 1 ist, wenn keine Entmagnetisierungsfeldkorrektur durchgeführt wird. Wenn das Mr/Ms-Verhältnis klein ist, wird das verfügbare Auslese-Vermögen höchstens dem Mr/Ms- Verhältnis × R F entsprechen, selbst wenn die Faraday- Drehung (R F ), welche in diesem Fall der überwiegende magneto- optische Effekt ist, groß ist.
Ziel der Erfindung ist es, ein magneto-optisches Aufzeichnungsmaterial bereitzustellen, das hinsichtlich des magneto-optischen Effekts und der magnetischen Anisotropie ausgezeichnete Eigenschaften aufweist.
Dieses Ziel wird erfindungsgemäß mit einem Ferrit vom Magnetoplumbit-Typ gelöst, der Barium enthält, wobei ein Teil des Ba durch La und ein Teil des Fe durch Co ersetzt ist.
In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 ein Diagramm der Beziehung zwischen der Faraday- Drehung (R F ) und der Substitutionszahl (x) des erfindungsgemäßen magneto-optischen Aufzeichnungsmaterials;
Fig. 2 ein Diagramm der Beziehung zwischen dem Anisotropiefeld der kristallinen Anisotropie und der Substitutionszahl (x) des genannten magneto- optischen Aufzeichnungsmediums;
Fig. 3 einen schematischen Querschnitt durch ein magneto- optisches Aufzeichnungsmedium;
Fig. 4 ein Diagramm der Beziehung zwischen dem Faraday- Drehungskoeffizienten (R F ) und der Substitutionszahl (x) eines herkömmlichen magneto- optischen Aufzeichnungsmaterials;
Fig. 5 ein Diagramm der Beziehung zwischen dem Anisotropiefeld (H A ), das durch die kristalline Anisotropie hervorgerufen wird, und der Substitutionszahl (x) eines herkömmlichen magneto- optischen Aufzeichnungsmaterials;
Fig. 6a das Mr/Ms-Verhältnis einer idealen Hystereseschleife;
Fig. 6b das Mr/Ms-Verhältnis der Hystereseschleife von BaFe12O19; und
Fig. 6c das Mr/Ms-Verhältnis der Hystereseschleife eines repräsentativen Vertreters von BaCo x M y Fe12-(x+y)O19.
Erfindungsgemäß wird ein Teil von Fe durch Co ersetzt und aufgrund dieses Ersatzes muß eine Ladungskompensation erfolgen, indem das zweiwertige Ba durch dreiwertiges La ersetzt wird, wodurch der magneto-optische Effekt und die Kristallanisotropie erhöht werden.
In Fig. 1 ist die Beziehung zwischen dem Faraday- Drehungskoeffizienten R F (λ = 780 nm) und der Substitutionszahl (x) eines erfindungsgemäßen magneto- optischen Aufzeichnungsmaterials Ba1-x La x Co x Fe12-x O19 dargestellt.
Fig. 2 zeigt die Beziehung zwischen dem Anisotropiefeld H A , das durch die Kristallanisotropie hervorgerufen wird, und der Substitutionszahl (x) des genannten magneto-optischen Aufzeichnungsmaterials.
Aus diesen Diagrammen geht hervor, daß sowohl der Faraday- Drehungskoeffizient R F als auch das Anisotropiefeld H A , das durch die Kristallanisotropie hervorgerufen wird, durch teilweisen Ersatz von Ba durch La bzw. von Fe durch Co erhöht werden.
Ein repräsentatives magneto-optisches Aufzeichnungsmaterial der vorliegenden Erfindung ist ein Material der folgenden Formel
Ba1-x La x Co y Fe12-y O19 (I)
worin 0 ≦ωτx ≦ 1 und x ≃ y. Das Zeichen "≃" bedeutet "annähernd gleich" und schließt "=" ein. Wenn somit vorstehend x nicht exakt gleich y ist, läßt sich dennoch das erfindungsgemäße Ziel erreichen.
Durch weiteren Ersatz eines Teils von Fe durch Co und eines Teils von Ba durch La, wie dies z. B. in den folgenden Formeln (II) und (III) gezeigt ist, lassen sich die Eigenschaften des magneto-optischen Aufzeichnungsmaterials innerhalb des erfindungsgemäßen Bereiches einstellen.
Ba1-x La x Co y MIx Fe12-(y+z) O19 (II)
worin 0 ≦ωτx ≦ 1, 0 ≦ωτz ≦ 6, MI ein Metall mit einer Wertigkeit von 4 oder mehr ist, wobei wenn MI ein vierwertiges Metall ist, y ≃ x + z; wenn MI ein fünfwertiges Metall ist, y ≃ x + 2z; und wenn MI ein sechswertiges Metall ist, y ≃ x + 3z.
Beispiele für vierwertige Metalle sind Ti, W, Zr, Hf, Ru, Os, Ir und Pt. Beispiele für fünfwertige Metalle sind Ta, Nb und V. Ein Beispiel für ein sechwertiges Metall ist Mo.
Ba1-x La x Co y MIz MIIu Fe12-(y+z+u)O19 (III)
worin 0 ≦ωτx ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 6, 0 ≦ωτu ≦ 6, MI ein Metall mit einer Wertigkeit von 4 oder mehr und MII ein Metall mit einer Wertigkeit von 3 ist, wobei wenn MI ein vierwertiges Metall ist, y ≃ x + z; wenn MI ein fünfwertiges Metall ist, y ≃ x + 2z; und wenn MI ein sechswertiges Metall ist, y ≃ x + 3z.
Beispiele für vierwertige Metalle sind Ti, W, Zr, Hf, Ru, Os, Ir und Pt. Beispiele für fünfwertige Metalle sind Ta, Nb und V. Ein Beispiel für ein sechswertiges Metall ist Mo. Beispiele für dreiwertige Metalle MII sind Ga, Al, In, Sc und Cr.
Das magneto-optische Aufzeichnungsmaterial der Formel (II) hat nicht nur dieselben Eigenschaften wie das magneto-optische Aufzeichnungsmaterial der Formel (I), sondern zusätzlich die Eigenschaften, daß die magnetische Anisotropie abnimmt, wenn z zunimmt, und daß der magneto-optische Effekt zunimmt, da sich der Co-Gehalt bei zunehmendem z erhöht.
Im Falle des magneto-optischen Aufzeichnungsmaterials der Formel (III) nehmen die Curie-Temperatur Tc und die Sättigungsmagnetisierung Ms aufgrund des Ersatzes durch MII ab. Aufgrund der Abnahme der Curie-Temperatur Tc wird die Aufzeichnungsempfindlichkeit verbessert, wenn das magneto- optische Aufzeichnungsmaterial in magneto-optischen Speichervorrichtungen verwendet wird. Wenn die Sättigungsmagnetisierung Ms abnimmt, nimmt auch das Entmagnetisierungsfeld (4π Ms) ab. Hierdurch wird auch das Mr/Ms-Verhältnis der Hystereseschleife, die nicht einer Entmagnetisierungsfeldkorrektur unterzogen wird, verbessert. Da der magneto-optische Effekt, insbesondere die Faraday- Drehung (R F ) hauptsächlich durch den Co-Gehalt bestimmt wird, ändert sich der magneto-optische Effekt (R F ) nicht, selbst wenn die Sättigungsmagnetisierung Ms abnimmt. Mit abnehmendem Ms wird somit nicht nur das Rechteckigkeitsverhältnis, sondern auch das Auslese-Vermögen (Mr/Ms) × R F verbessert.
Im folgenden sind Beispiele für magneto-optische Aufzeichnungsmedien genannt, in denen das erfindungsgemäße magneto-optische Aufzeichnungsmaterial angewandt werden kann.
Ein einfachstes Beispiel für ein derartiges magneto- optisches Aufzeichnungsmedium besteht aus einem geeigneten Träger und einem darauf ausgebildeten, als Aufzeichnungsschicht dienenden Film, der senkrecht zur Filmebene magnetisiert ist und aus dem magneto-optischen Aufzeichnungsmaterial besteht. Vorzugsweise werden eine Reflexionsschicht zur Nutzung von reflektiertem Licht, eine Führungsspur zum Führen der Laserstrahlen und eine Grundschicht zur Verbesserung der Kristallorientierung des senkrecht zu seiner Ebene magnetisierten Films vorgesehen. Ein bevorzugtes magneto-optisches Aufzeichnungsmedium umfaßt somit einen mit einer Führungsspur versehenen Träger, eine Grundschicht auf dem Träger, eine Aufzeichnungsschicht auf der Grundschicht und eine Reflexionsschicht auf der Aufzeichnungsschicht.
Im folgenden ist ein spezielles Beispiel für ein magneto- optisches Aufzeichnungsmedium angegeben, in dem das erfindungsgemäße magneto-optische Aufzeichnungsmaterial verwendet wird.
Beispiel
Wie in Fig. 3 gezeigt ist, wird auf einem Quarzsubstrat (11) von 1,2 mm Dicke eine Führungsspur mit einer Spurteilung von 1,6 µm, einer Breite von 0,4 µm und einer Tiefe von 0,07 µm durch herkömmliche Trockenätzung hergestellt.
Auf das erhaltene Substrat wird durch herkömmliches Gleichstrom-Magnetron-Sputtern bei einer Substrattemperatur von 400°C, einem Argon-Gasdruck von 1 × 10-3 Torr und einem O2-Gasdruck von 1 × 10-3 Torr ein in der C-Achse orientierter Film aus Zinkoxid mit einer Dicke von 0,1 µm ausgebildet, der als Grundschicht (13) dient.
Auf der Grundschicht (13) wird eine Aufzeichnungsschicht (15) aus einem in der C-Achse orientierten Film von Ba0.6La0.4Co0.4Fe11.6O19 mit einer Dicke von 0,4 µm durch herkömmliches Gleichstrom-Sputtern (dem Target zugewandt) bei einer Substrattemperatur von 650°C, einem Ar-Gasdruck von 0,8 × 10-3 Torr und einem O2-Gasdruck von 0,2 × 10-3Torr ausgebildet.
Auf der Aufzeichnungsschicht (15) wird eine Reflexionsschicht (17) aus Au mit einer Dicke von 0,07 µm durch herkömmliche Elektronenstrahlverdampfung aufgebracht, wodurch ein magneto- optisches Aufzeichnungsmedium erhalten wird.
Vergleichsbeispiel
Beispiel 1 wird wiederholt, jedoch ersetzt man die in Beispiel 1 verwendete Aufzeichnungsschicht (15) durch eine Aufzeichnungsschicht, die aus BaFe12O19 in einer Dicke von 0,4 µm besteht, wodurch ein Vergleichs-Aufzeichnungsmedium erhalten wird.
Die magneto-optischen Eigenschaften der beiden magneto- optischen Aufzeichnungsmedien, nämlich Hc, das Mr/Ms- Verhältnis, der magneto-optische Effekt und das Träger/Rausch (Carrier/Noise; C/N)-Verhältnis bei der Wiedergabe werden verglichen. Die Ergebnisse sind wie folgt:
Das Wiedergabe-C/N-Verhältnis wird bei einer Aufzeichnungsfrequenz (f) von 1,5 MHz, einer Liniengeschwindigkeit von 3 m/s und einer Bandbreite von 30 kHz bestimmt.
Die Informationsaufzeichnung mit den genannten magneto- optischen Aufzeichnungsmedien und die Wiedergabe der aufgezeichneten Information kann auf dieselbe Weise erfolgen wie mit herkömmlichen magneto-optischen Medien, nämlich durch Projizieren von modulierten oder polarisierten Laserstrahlen auf die Aufzeichnungsschicht. Die Informationsaufzeichnung kann z. B. dadurch erfolgen, daß man Laserstrahlen selektiv auf die Aufzeichnungsschicht unter Verwendung eines magnetischen Films projiziert, wobei der Bereich, auf den der Laserstrahl auftritt, auf eine Temperatur über der Curie- Temperatur erhitzt wird, so daß die Koerzitivkraft abnimmt und die Magnetisierung in dem projizierten Bereich umgekehrt wird, wodurch Aufzeichnungsbits ausgebildet werden. Die derart aufgezeichnete Information wird dann ausgelesen, indem polarisierte Laserstrahlen auf die Aufzeichnungsschicht projiziert und die Richtung der Faraday-Drehung bestimmt werden.
Erfindungsgemäß kann ein magneto-optisches Aufzeichnungsmaterial mit einem größeren magneto-optischen Effekt und höherer Kristallanisotropie erhalten werden. Durch Verwendung dieses magneto-optischen Aufzeichnungsmaterials als Aufzeichnungsschicht eines magneto-optischen Aufzeichnungsmediums läßt sich dieses hinsichtlich der Ausleseeigenschaften und der Aufzeichnungsstabilität verbessern.

Claims (6)

1. Magneto-optisches Aufzeichnungsmaterial, bestehend aus einem bariumhaltigen Ferrit vom Magnetoplumbit-Typ, bei dem ein Teil des Ba durch La und ein Teil des Fe durch Co ersetzt ist.
2. Aufzeichnungsmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ferrit vom Magnetoplumbit-Typ die folgende Formel hat: Ba1-x La x Co y Fe12-y O19worin 0 ≦ωτ x ≦ 1 und x ≃ y.
3. Aufzeichnungsmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ferrit vom Magnetoplumbit-Typ die folgende Formel hat: Ba1-x La x Co y MIz Fe12-(y+z) O19worin 0 ≦ωτ x ≦ 1, 0 ≦ωτ z ≦ 6, MI ein Metall mit einer Wertigkeit von 4 oder mehr ist, wobei wenn MI ein vierwertiges Metall ist, y ≃ x + z, wenn MI ein fünfwertiges Metall ist, y ≃ x + 2z, und wenn MI ein sechswertiges Metall ist, y ≃ x + 3z.
4. Aufzeichnungsmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ferrit vom Magnetoplumbit-Typ die folgende Formel hat: Ba1-x La x Co y MIz MIIu Fe12-(y+z+u)O19worin 0 ≦ωτ x ≦ 1, 0 ≦ωτ z ≦ 6, MI ein Metall mit einer Wertigkeit von 4 oder mehr ist, MII ein dreiwertiges Metall ist, wobei wenn MI ein vierwertiges Metall ist, y ≃ x + z, wenn MI ein fünfwertiges Metall ist, y ≃ x + 2z, und wenn MI ein sechswertiges Metall ist, y ≃ x + 3z.
5. Aufzeichnungsmaterial nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das vierwertige Metall ausgewählt ist unter Ti, W, Zr, Hf, Ru, Os, Ir und Pt, das fünfwertige Metall ausgewählt ist unter Ta, Nb und V und das sechswertige Metall Mo ist.
6. Aufzeichnungsmaterial nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das vierwertige Metall ausgewählt ist unter Ti, W, Zr, Hf, Ru, Os, Ir und Pt und das dreiwertige Metall MII ausgewählt ist unter Ga, Al, In, Sc und Cr.
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