DE3887652T2 - Magneto-optisches Speicherungsmedium. - Google Patents
Magneto-optisches Speicherungsmedium.Info
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft magnetooptische Speichermedien und insbesondere ein Speichermedium zur Verwendung in Speichereinrichtungen, wie etwa magnetooptischen Scheiben und magnetooptischen Karten unter Ausnutzung eines magnetooptischen Effekts.
- Es ist aktiv geforscht worden hinsichtlich Dünnfilmen aus amorphen Legierungen, welche ein Seltenerdelement und ein Übergangsmetall umfassen, zur Verwendung als magnetooptische Speichermedien. Unter diesen besitzen Dünnfilme aus GdTbFe-Legierung, welche aus Gadolinium und Terbium als Seltenerdelemente und Eisen als Übergangsmetall zusammengesetzt sind, eine Curle-Temperatur im Bereich von 150 bis 200ºC sowie eine geeignete Aufzeichnungsempfindlichkeit zur Verwendung als magnetooptische Aufzeichnungsmedien mit einem Halbleiterlaser für das Aufzeichnen, Reproduzieren oder Löschen von Daten.
- Die GdTbFe-Legierung besitzt jedoch gewöhnlicherweise einen kleinen Kerr-Rotationswinkel von etwa 0,3 und ist daher darin nachteilig, daß sie hinsichtlich der Qualität reproduzierter Signale nicht zufriedenstellend ist. Demgemäß haben wir ein Verfahren zur Erzielung eines vergrößerten Kerr-Rotationswinkels vorgeschlagen durch Verwendung eines dielektrischen Films und eines reflektierenden Films, das heißt durch Ausbilden eines dielektrischen Films, GdTbFe-Films, die elektrischen Films und reflektierenden Films in dieser Reihenfolge (siehe bei spielsweise T. Deguchi et al.: "Digital Magneto-optic Disk Drive", Applied Optics Vol. 23, No. 22, 15. November 1984, Seiten 3972-78). Mit dieser Vierschicht-Filmstruktur wird der GdTbFe-Legierungsfilm mit einer verringerten Dicke von 10 nm bis 50 nm hergestellt, um sowohl den Kerr-Effekt als auch den Faraday-Effekt auszunutzen. Der Kerr-Rotationswinkel kann dann leicht um das drei- bis fünffache erhöht werden, um Signale mit einer verbesserten Qualität zu reproduzieren.
- Nichtsdestoweniger ist die Zusammensetzung der GdTbFe-Legierung ein weiterer wichtiger Faktor bei der Bereitstellung magnetooptischer Speichermedien einer Vierschicht-Filmstruktur, welche in zufriedenstellender Weise im Hinblick auf die Qualität reproduzierter Signale, der Gleichmäßigkeit und Größe von Aufzeichnungsbits und einer stabilisierten Aufzeichnungsremanenz verwendbar sind.
- Die Seltenerde-Übergangsmetall-Legierungsfilme zur Verwendung als magnetooptische Speichermedien sind im allgemeinen ferrimagnetische Materialien, in welchen die Spins der Seltenerde und des Übergangsmetalls sich in einer antiparallelen Anordnung befinden und welche eine Kompensationspunktzusammensetzung besitzen, wenn der Anteil der Seltenerdatome etwa 25 Atom-% beträgt. Fig. 4 zeigt die Beziehung zwischen der Koerzitivkraft Hc solcher Filme und dem Anteil der Seltenerde darin. Die Variationsrate der Koerzitivkraft ist geringer in Zusammensetzungen (RE (Seltenerde)-reiche Zusammensetzungen), welche eine größere Menge an Seltenerdatomen (RE) als dem Kompensationspunkt enthalten, als in Zusammensetzungen (TM (Übergangsmetall)-reiche Zusammensetzungen), welche eine größere Menge an Übergangsmetallatomen als dem Kompensationspunkt enthalten.
- Die Koerzitivkraft ist ähnlich der Curie-Temperatur ein wichtiger Parameter, welcher die Aufzeichnungsempfindlichkeit magnetooptischer Speichermedien beeinflußt. Die Koerzitivkraft, wenn sie bei Raumtemperatur unterschiedlich ist, unterscheidet sich ebenso bei der Aufzeichnungstemperatur, wie in Fig. 5 gezeigt, so daß, selbst wenn das Medium extern dem gleichen Aufzeichnungs-Magnetfeld ausgesetzt wird, Daten bei einigen Bereichen aufgezeichnet werden können, je doch in anderen Bereichen nicht aufgezeichnet werden können. In anderen Worten, wenn ein Speichermedium hinsichtlich der Koerzitivkraftverteilung entlang dessen Ebene variiert und mit einem Laserstrahl unter der gleichen Bedingung für das Aufzeichnen bestrahlt wird, ändert sich die Größe (Breite) von aufgezeichneten Bits von Bereich zu Bereich. Deswegen ist die Variation in der Koerzitivkraftverstellung eine primäre Ursache der Verschlechterung reproduzierter Signale. Variationen in der Koerzitivkraftverteilung in dem Medium sind hauptsächlich auf Irregularitäten in der Legierungszusammensetzung des Mediums zurückzuführen und sind daher schwierig zu umgehen.
- Um daher die Bitbreite im größtmöglichen Ausmaß gleichmäßig zu gestalten und dadurch die Verschlechterung reproduzierter Signale auszuschließen, ergibt sich die Notwendigkeit, einen Zusammensetzungsbereich (beispielsweise den RE-reichen Zusammensetzungsbereich der Fig. 4) auszuwählen, in welchem die Variationsrate der Koerzitivkraft in Bezug auf Variationen in der Zusammensetzung gering ist.
- Es ist erforderlich, daß der Seltenerde-Übergangsmetall-Legierungsfilm zur Verwendung als magnetooptisches Medium eine leicht zu magnetisierende Achse senkrecht zur Ebene des Films aufweist. Wenn die Koerzitivkraft gering ist, tritt eine intraplanare Komponente der Achse auf, wodurch die Aufzeichnungsbits instabil werden und die Qualität reproduzierter Signale beeinträchtigt wird. Es ist daher erwünscht, daß die GdTbFe-Legierung eine Zusammensetzung einer Koerzitivkraft von mindestens etwa 1000 Oersted besitzt.
- Es ist ebenso bekannt, daß bei Seltenerde-Übergangsmetall-Leglerungsfilmen der Kerr-Effekt und der Faraday-Effekt bei Raumtemperatur zunehmen, sowie die Curie-Temperatur ansteigt, wodurch sich reproduzierte Signale höherer Qualität ergeben.
- Aus dem Vorangehenden ergibt sich, daß brauchbare magnetooptische Speichermedien eine solche Zusammensetzung aufweisen müssen, daß Signale zufriedenstellender Qualität erhalten werden.
- In diesem Zusammenhang beschreibt die offengelegte niederländische Patentanmeldung Nr. 7 713 503, Fig. 2, ein magnetisches Material, welches eine Fe-reiche GdTbFe-Legierung der Formel (GdxTb1-x)yFe1-y umfaßt, worin x 0,65 ist und y 0,23 ist.
- Andererseits beschreibt die GB-B-2 071 696 ein magnetooptisches Aufzeichnungsmedium, welches einen Fe-reichen GdTbFe-Legierungsdünnfilm der oben angegebenen Formel umfaßt, worin x 0,37,0,50 oder 0,81 ist und y 0,27,0,26 oder 0,21 ist.
- Die speziell in diesen Veröffentlichungen beschriebenen GdTbFe-Legierungsfilme erzielen reproduzierte Signale, welche bis zu einem gewissen Ausmaß hinsichtlich der Qualität zufriedenstellend sind, wenn sie in magnetooptische Speichermedien der vorgenannten Vierschicht-Filmstruktur eingebracht sind. Jedoch ist eine weitere Verbesserung der Qualität reproduzierter Signale im Hinblick auf die Vermeidung von Lesefehlern und eines gesicherten Lesens bei höherer Geschwindigkeit erwünscht.
- Unter diesem Gesichtspunkt haben wir intensive Forschungen durchgeführt und herausgefunden, daß das magnetooptische Speichermedium der Vierschicht Filmstruktur für die Reproduktion von Signalen daraus mit einer bemerkenswert verbesserten Qualität angepaßt werden kann, indem darin eine Legierung der obigen Formel eingebracht wird, in welcher der Wert von x, welcher das Zusammensetzungsverhältnis zwischen Gd und Tb definiert, innerhalb des Bereichs von 0,58 bis 0,62 reguliert wird, was in keiner Weise in den beiden Veröffentlichungen beschrieben wird.
- Die vorliegende Erfindung sieht somit ein magnetooptisches Speichermedium vor, enthaltend einen magnetooptischen Speicherfilm, welcher eine Seltene Erde- Übergangsmetall-Legierung mit der Zusammensetzung der Formel:
- (Gdx Tb1-x)yFe1-y
- umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß x 0,58 bis 0,62 und y 0,27 bis 0,33 ist.
- Das erfindungsgemäße magnetooptische Speichermedium ist angepaßt für die Reproduktion von Signalen daraus mit einer ausgezeichneten Qualität, insbesondere mit einem höheren C/N-Verhältnis (Träger-zu-Geräusch-Verhältnis) als beim Stand der Technik. Das vorliegende Medium ist ebenso zufriedenstellend hinsichtlich der Gleichmäßigkeit der Aufzeichnungsbitbreite und der stabilisierten Aufzeichnungsremanenz, weist daher eine verbesserte Aufzeichnungszuverlässigkeit auf und ist äußerst brauchbar.
- Fig. 1 ist eine vergrößerte Schnitteilansicht, welche die Grundstruktur einer magnetooptischen Scheibe zeigt, durch welche die vorliegende Erfindung verkörpert wird;
- Fig. 2 ist ein Diagramm, welches die Abhängigkeit der Koerzitivkraft und Curie- Temperatur der GdTbFe-Legierung vom Seltenerdanteil zeigt;
- Fig. 3 ist ein Diagramm, welches die Abhängigkeit der Koerzitivkraft und der Curle-Temperatur der GdTbFe-Legierung vom Gd-Anteil zeigt
- Fig. 4 ist ein Diagramm, welches die Abhängigkeit der Koerzitivkraft eines üblichen Seltenerde-Übergangsmetall-Legierungsfilms von dessen Zusammensetzung zeigt und
- Fig. 5 ist ein Modelldiagramm zur Veranschaulichung des Einflusses der Unterschieds der Koerzitivkraft bei Raumtemperatur von der magnetooptischen Aufzeichnungsempfindllchkeit.
- Das magnetooptische Speichermedium gemäß der bevorzugten Ausführungsform umfaßt eine Vierschichtstruktur, welche zusammengesetzt ist aus einem dielektrischen Film, dem magnetooptischen Speicherfilm, einem dielektrischen Film und einem reflektierenden Film, welche in dieser Reihenfolge übereinander angeordnet und auf einem lichtdurchlässigen Substrat ausgebildet sind, beispielsweise aus Glas oder Kunststoffen (beispielsweise Polycarbonat). Das Medium unterliegt hinsichtlich seiner Form keiner besonderen Beschränkung, wie aus dem obigen zu ersehen ist, und kann beispielsweise in Form einer Scheibe (magnetooptische Scheibe) oder eines Rechtecks (magnetooptische Karte) vorliegen.
- Es ist geeignet, daß jeder der dielektrischen Filme des vorliegenden Mediums ein Nitridfilm, wie etwa Siliciumnitrid, Aluminiumnitrid, Silicium-Aluminiumnitrid oder ein ähnlicher Film ist. Der Nitridfilm kann mit einem Element, wie etwa Yttrium, Sauerstoff oder Kohlenstoff, dotiert werden, um eine höhere dielektrische Konstante zu ergeben. Ein solcher dielektrischer Film kann mittels eines bekannten Verfahrens, wie etwa CVD, Sputtern oder reaktive Dampfabscheidung. gebildet werden. Der dielektrische Film wird auf dem lichtdurchlässigen Substrat und ebenso auf dem magnetooptischen Speicherfilm ausgebildet. Es ist geeignet, daß die Dicke des dielektrischen Films 50 bis 100 nm auf dem Substrat oder 10 bis 100 nm auf dem Speicherfilm beträgt.
- Der erfindungsgemäße magnetooptische Speicherfilm ist aus einer Seltenerde- Übergangsmetall-Legierung der Formel (Gdx Tb1x)y Fe1-y hergestellt, worin x 0,58 bis 0,62 ist und y 0,27 bis 0,33 ist. Wenn x außerhalb des obigen Bereichs liegt, können Signale nicht mit einer hohen Qualität, insbesondere einem hohen C/N-Verhältnls, wie beabsichtigt, erhalten werden. Wenn y außerhalb des obigen Bereichs liegt, tritt aufgrund der Unebenheit der Aufzeichnungsbitbreite eine Verschlechterung der Signale auf. Somit sind x- und y-Werte außerhalb der jeweiligen Bereiche nicht geeignet. Unter dem Gesichtspunkt der Signalqualität betragen weiter vorzugsweise x 0,60 bis 0,62 und y 0,27 bis 0.29.
- Der magnetooptische Speicherfilm kann über dem dielektrischen Film auf dem Substrat mittels eines bekannten Verfahrens ausgebildet werden, wie etwa GVD, Sputtern oder Vakuumabscheidung. Geeigneterweise besitzt der Speicherfilm eine Dicke von 5 bis 100 nm. Der Speicherfilm kann mit einer geringen Menge an Atomen aus einem korrosionsbeständigen Metall, wie Gr, Ti, Al, Ta oder Ni, dotiert werden, um Korrosion aufgrund von Feuchtigkeit zu verhindern.
- Der reflektierende Film des vorliegenden Mediums ist ein Metallfilm, welcher in der Lageist, Lichtin effizienter Weise zu reflektieren und welcher eine hohe Korrosionsbeständigkeit besitzt, wie etwa ein Film aus Aluminium, Nickel, Titan, Gold, Silber. Tellur, nichtrostendem Stahl oder einem ähnlichen Metall. Der reflektierende Film kann aus einer Legierung hergestellt sein, wie etwa einer Aluminium- Nickel-Legierung oder Aluminium-Titan-Legierung. Es ist besonders erwünscht, Aluminium oder eine Alumlniumlegierung für diesen Film zu verwenden. Der reflektierende Film kann durch ein bekanntes Verfahren ausgebildet werden, wie etwa CVD, Sputtern oder Vakuumabscheidung und besitzt geeigneterweise eine Dicke von 10 bis 300 nm.
- Fig. 1 ist eine vergrößerte Teilschnittansicht, welche die Grundstruktur einer magnetooptischen Scheibe zeigt, durch welche die Erfindung verkörpert wird wie veranschaulicht, umfaßt die Scheibe ein kreisförmiges Glassubstrat 1 mit einem Durchmesser von 13 mm, und einen AlN-Film 2 (80 nm), welcher als dielektrischer Film dient, einen (Gdx Tb1-x)y Fe1-y Film 3 (25 nm) als einen magnetooptischen Speicherfilm, einen AlN-Film 4 (25 nm) und einen Al-Film 5 (50 nm) als reflektierenden Film, welche als übereinanderliegende Schichten auf dem Substrat 1 ausgebildet sind.
- Es wurden magnetooptische Scheiben hergestellt, welche die gleiche Struktur, wie oben angegeben, aufwiesen und in welchen der magnetooptische Speicherfilm mit dem auf 0,5 fixierten x-Wert (Gd:Tb = 1 : 1) in (GdxTb1-x)y Fe1-y ausgebildet war und wobei für y variierende Werte verwendet wurden. Die Koerzitivkraft und die Curle-Temperatur der Scheiben wurden mit den in Fig. 2 angegebenen Ergebnissen gemessen. Die Zeichnung zeigt an, daß die Koerzitivkraft mindestens 1000 Oersted beträgt, wenn der Seltenerdanteil 20 bis 35% (y = 0,20-0.35) beträgt und mit einer geringe Rate innerhalb des RE-reichen Bereichs variiert. Die Zeichnung offenbart weiterhin, daß die Curie-Temperatur im wesentlichen nicht abhängig ist vom Fe-Anteil. Diese Beziehung bleibt nahezu unverändert, selbst wenn das Gd:Tb-Verhältnis variiert, insbesondere wenn x nicht kleiner als 0,58 ist. Demgemäß zeigen diese Ergebnisse zuerst, daß die Zusammensetzungen, in denen y 0,27 bis 0,33 ist, für die Reproduktion von Signalen hoher Qualität erforderlich sind.
- Als nächstes wurde das Verhältnis zwischen Gd und Tb bei einem auf etwa 72% (y = 0,28) fixierten Fe-Anteil variiert, um die Koerzitivkraft und die Curie-Temperatur zu messen, wie in Fig. 3 gezeigt. Das Diagramm zeigt, daß die Curie-Temperatur mit einer Abnahme der Koerzitivkraft ansteigt, sowie der Gd-Anteil zunimmt. Demzufolge ist es weiterhin erforderlich, daß das Gd-zu-Tb-Verhältnis in geeigneter Weise bestimmt wird, um magnetooptische Speichermedien zu erhalten, welche Signale hoher Qualität ergeben.
- In diesem Zusammenhang wurden magnetooptische Scheiben mit der Struktur gemäß Fig. 1 hergestellt, unter Verwendung von GdTbFe-Filmen mit unterschiedlichen Zusammensetzungen, worin x variiert wurde und y auf 0,27 bis 0,29 fixiert wurde. Der AlN-Film, Al-Film und GdTbFe-Film wurden durch Sputtern hergestellt. Die x- und y-Werte wurden durch Regulieren der Zusammensetzung des Target eingestellt.
- Die nachstehende Tabelle 1 zeigt die Messungen des C/N-Verhältnisses, wie sie erhalten wurden durch Prüfen der Scheiben hinsichtlich der Reproduktion. Hierbei wurden Signale mit übermäßig hoher Qualität erhalten, wenn x im Bereich 0,58 bis 0.62 lag. Tabelle 2 zeigt die Prüfbedingungen. In Abhängigkeit der Aufzeichnungsleistung und des Aufzeichnungs-Magnetfelds, variiert die in Tabelle 1 angegebene Signalqualität etwas, bleibt jedoch in der Tendenz unverändert Tabelle 1 C/N (dB)
- Aufzeichnungswellenlänge 780 nm
- Objektivlinse NA 0,6
- Aufzeichnungsleistung (Mediumoberfläche) 8 mW
- Reproduktionsleistung (Mediumoberfläche) 1 mW
- Aufzeichnungs-Magnetfeld 300 Oe
- Lineare Geschwindigkeit 22 m/s
- Aufzeichnungsfrequenz 15 MHz
- Übliche Magnetscheibenantriebe für Computer besitzen eine standardisierte Rotationsgeschwindigkeit von 3600 U/min. Wenn ein solcher Scheibenantrieb, so wie er ist, für magnetooptische Scheiben zu verwenden ist, müssen die Scheiben für eine zufriedenstellende Aufzeichnung und Reproduktion bei 3600 U/min angepaßt werden. Andererseits ist es erwünscht, daß magnetooptische Scheiben etwa eine Bitdichte von 5·10&sup7;/cm² (Bitdurchmesser 1 um) besitzen. Um in zufriedenstellender Weise für die Reproduktion bei dieser Bitdichte bei der obigen Geschwindigkeit (3600 U/min) geeignet zu sein, muß die Scheibe ein C/N-Verhältnis von mindestens 50 dB aufweisen.
- Wie aus der Tabelle 1 zu ersehen ist, erzielt die erfindungsgemäße magnetooptische Scheibe ein C/N-Verhältnis von über 50 dB. Demzufolge ist der herkömmliche Magnetscheibenantrieb, sowie er ist, geeignet für den Antrieb der vorliegenden Scheibe. Die erfindungsgemäße Scheibe, welche zur Reproduktion von Signalen mit einer hohen Qualität angepaßt ist, besitzt daher auch sehr große technische Vorteile.
- Nebenbei bemerkt, ist die Koerzitivkraft ebenso von der Filmdicke abhängig. Die Koerzitivkraft nimmt zu mit abnehmender Filmdicke, verringert sich jedoch dazu gegensätzlich mit zunehmender Filmdicke, so daß die Notwendigkeit besteht, die Zusammensetzung in Abhängigkeit der Dicke zu regulieren. Die Variationen der Koerzitivkraft waren jedoch gering, wenn die Dicke etwa 20 bis etwa 50 nm betrug.
- Bei dem magnetooptischen Speichermedium der Vierschicht-Filmstruktur ist es am meisten erwünscht, daß der magnetooptische Speicherfilm einen x-Wert von 0,58 bis 0,62 und eine Dicke von etwa 20 bis etwa 50 nm aufweist.
- Zwar ist die Erfindung somit beschrieben worden,jedoch ist es offensichtlich, daß diese in vielerlei Hinsicht variiert werden kann. Solche Variationen sind nicht als eine Abweichung vom Umfang der Erfindung zu betrachten.
Claims (10)
1. Magnetooptisches Speichermedium, enthaltend einen magnetooptischen
Speicherfilm (3), welcher eine Seltene Erde-Übergangsmetall-Legierung mit der
Zusammensetzung der Formel:
(Gdx Tb1-x)y Fe1-y
umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß x 0,58 bis 0,62 und y 0,27 bis 0,33 ist.
2. Magnetooptisches Speichermedium nach Anspruch 1 in Form einer
magnetooptischen Scheibe oder einer magnetooptischen Karte.
3. Magnetooptisches Speichermedium nach Anspruch 1, wobei x 0,60 bis 0,62
und y 0,27 bis 0,29 ist.
4. Magnetooptisches Speichermedium nach Anspruch 1, wobei der Seltene
Erde-Übergangsmetall-Legierungsfilm eine Dicke von 5-100 nm besitzt.
5. Magnetooptisches Speichermedium nach Anspruch 4, wobei der Seltene
Erde-Übergangsmetall-Legierungsfilm eine Dicke von 20-50 nm besitzt.
6. Magnetooptisches Speichermedium nach Anspruch 1, wobei das
lichtdurchlässige Substrat aus Glas oder Kunststoffen hergestellt ist.
7. Magnetooptisches Speichermedium nach Anspruch 1, umfassend einen dielektrischen
Film (2), den magnetooptischen Speicherfilm (3), einen dielektrischen
Film (4) und einen reflektierenden Film (5), welche in Schichten übereinander auf
einem lichtdurchlässigen Substrat (1) angeordnet sind.
8. Magnetooptisches Speichermedium nach Anspruch 7, wobei jeder der dielektrischen
Filme (2, 4) aus einem Metallnitrid hergestellt ist.
9. Magnetooptisches Speichermedium nach Anspruch 8, wobei das Metallnitrid
Siliciumnitrid, Aluminiumnitrid oder Silicium-Aluminiumnitrid ist.
10. Magnetooptisches Speichermedium nach Anspruch 7, wobei der
reflektierende Film aus Aluminium, Nickel, Titan, Gold, Silicium, Tellur oder
nichtrostendem Stahl hergestellt ist.
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