DE4207146C2 - Verfahren zur optischen Aufzeichnung und Wiedergabe von Informationen - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Aufzeich
nungsverfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ein solches Aufzeichnungsverfahren ist aus der JP-60-253040
bekannt.
Mit der Fortentwicklung unserer Informationsgesellschaft
vergrößert sich der Bedarf an Datenspeichern hoher Dichte
und hoher Kapazität. Optische Speicher sind als solche an
erkannt, die diese Anforderungen erfüllen. Man unterscheidet
beim optischen Aufzeichnen zwischen dem Nur-Einlesetyp, dem
Einmaleinschreibetyp und dem löschbaren Typ, die für be
stimmte Anwendungen verwendet werden. Hier wird für die
einmaleinschreibe-optische Platte ein Chalkogen aus Auf
zeichnungsmaterial verwendet, in das Poren geformt werden,
sobald es mit einem Laserstrahl bestrahlt wird. Die Auf
zeichnung macht Gebrauch von der Änderung der Reflektivität
aufgrund des Vorhandenseins der Poren. Die vorliegenden Un
tersuchungen der optischen Platte vom Einmaleinschreibetyp
sind auf die Verbesserung der Aufzeichnungsdichte konzen
triert. Um diese Verbesserung zu erreichen, ist beabsich
tigt, kleine Aufzeichnungsvertiefungen bzw. Poren zu bilden
durch die Verwendung eines Laserstrahls mit kleiner Wellen
länge und gleichzeitig eine Aufzeichnung der Vertiefungsrän
der zu verwenden. Es ist jedoch schwierig, in den bestehen
den Materialien Vertiefungen auszubilden, die eine befriedi
gende Form haben.
Ein verbessertes optisches Aufzeichnungsmedium ist in den
US-Patenten Nr. 4 176 277 und 4 405 862 beschrieben. Dieses
optische Aufzeichnungsmedium hat eine Struktur, in der ein
temperaturempfindlicher Film und ein Absorptionsfilm aufein
andergeschichtet sind. Der Absorptionsfilm absorbiert den
Aufzeichnungsstrahl und verwandelt diesen in Wärme, die in
den temperaturempfindlichen Film diffundiert, um dort eine
Aufzeichnung zu bewirken.
Das oben beschriebene Verfahren findet seine Grenze bei der
Ausbildung von Aufzeichnungsflecken um 1 µm, wodurch das
Problem entsteht, daß die Aufzeichnungsdichte begrenzt ist.
Gemäß dem aus der JP-60-253040 bekannten Verfahren behält
die senkrechte Anisotropie stets ihre Orientierung senkrecht
zur Oberfläche des Aufzeichnungsmediums bei und lediglich
ihre Richtung wird um 180° geändert. Die dadurch erzeugten
unterschiedlichen magneto-optischen Effekte werden bei der
Wiedergabe der Information ausgelesen. Es wird also quanti
tativ untersucht, wie groß der magneto-optische Effekt ist,
um daraus die gespeicherte Information zu gewinnen.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein hochdich
tes optisches Einmaleinschreibe-Aufzeichnungsverfahren anzu
geben, das sehr kleine Aufzeichnungsflecken erzeugen kann.
Diese Aufgabe wird anspruchsgemäß gelöst. Unteransprüche
sind auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung gerich
tet.
Nach der vorliegenden Erfindung wird die Orientierung der
vormals senkrechten Isotropie so geändert, daß sie lokal in
eine zur Aufzeichnungsmediumoberfläche parallele Orientie
rung umgewandelt wird. In dieser Ausrichtung zeigt das Me
dium bei lokaler Bestrahlung mit einem senkrecht auf die
Oberfläche des Aufzeichnungsmediums gerichteten Laserstrahl
keinen magneto-optischen Effekt. Dieses Fehlen und nicht das
Ausmessen eines magneto-optischen Effekts dient zur Informa
tionsaufzeichnung.
Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die
Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
Fig. 1 schematisch das optische Aufzeichnungsprinzip nach
der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 im Schnitt die Struktur eines Teils einer optischen
Platte;
Fig. 3 Änderungen in Verdrehungskurven aufgrund einer Wär
mebehandlung;
Fig. 4 im Schnitt ein Teil einer optischen Platte;
Fig. 5 die Schnittstruktur eines Teils einer optischen
Platte;
Fig. 6 eine optische Aufzeichnungsvorrichtung.
Im folgenden wird die Erfindung in Verbindung mit den
Beispielen 1 bis 3 im Detail beschrieben.
Die Querschnittsstruktur eines Teils einer optischen Platte
nach dem vorliegenden Beispiel ist schematisch in Fig. 2
gezeigt. Ein Glassubstrat 1 wurde nach einem Sputterverfah
ren hergestellt mit einer dielektrischen Beschichtung 2 aus
Siliziumnitrid mit einer Dicke von 550 Å. Diese dielektri
sche Schicht 2 hat einen Brechungsindex n = 2,10. Darauf
folgt eine Informationsaufzeichnungsschicht 5 aus verschie
denen Schichten aus Pt/Co. Diese Schicht 5 wird gebildet aus
vielen geschichteten Filmen, in denen eine Schicht 3 mit
einem Element aus der Eisengruppe mit einer Dicke von 10 Å
hergestellt aus Co und einem Seltenerdmetallelement und eine
Schicht 4 mit einer Dicke von 19 Å aus Platin alternativ
aufeinandergeschichtet werden. Das Sputtern wird beendet,
wenn die Gesamtdicke 250 Å erreicht. In diesem Fall kann das
Substrat ebenfalls aus Kunststoff oder ähnlichem gemacht
werden wie im folgenden näher erläutert wird.
Gleichzeitig wird mit dieser optischen Platte eine Testprobe
hergestellt und einer Wärmebehandlung im Vakuum bei 400°C
während 25 Minuten unterzogen. Die Änderungen in den Verdre
hungskurven vor und nach der Wärmebehandlung wurden gemessen
und aufgezeichnet wie in Fig. 3 dargestellt. Die Probe, die
genommen wurde unmittelbar nachdem die Schichten hergestellt
worden sind, zeigte eine Hysteresis eines typischen Films
mit senkrechter Magnetisierung, der hohe Spitzen bei 90° und
270° aufweist. Im Gegensatz dazu zeigte die Probe nach der
Wärmebehandlung eine Hysteresis einer typischen Schicht mit
einer Magnetisierung in Schichtebene mit Signalspitzen um
0°, 180° und 360°.
Das Aufzeichnen auf der Platte wurde unter Ausnutzung der
oben erwähnten Änderung versucht. Fig. 1 zeigt schematisch
diese Aufzeichnungsprinzip. In Fig. 1 bezeichnet das Be
zugszeichen 33 das wiedergegebene Signal, Bezugszeichen 31
einen Laserstrahl, Bezugszeichen 32 eine Fokussierungslinse,
Bezugszeichen 1 ein Substrat und Bezugszeichen 5 eine Infor
mationsaufzeichnungsschicht. Während des Aufzeichnens betrug
die Umdrehungszahl der Platte 2400 Umdrehungen pro Minute;
die Laserleistung betrug 5 mW; die Frequenz 25 MHz und die
Wellenlänge des Laserstrahls 530 nm. Die so aufgezeichnete
Information wurde wiedergegeben. Die Laserleistung bei der
Wiedergabe betrug 0,7 mW. Bei einem Aufzeichnungsflecken mit
einem Durchmesser von 0,35 µm und bei einer Lage auf der
Platte von r = 30 mm beträgt das Trägersignal zu Rauschver
hältnis 48 dB, um ein für die Aufzeichnung von kodierten
Daten ausreichendes Wiedergabesignal zu erstellen.
Andererseits zeigt Fig. 6 schematisch eine optische Auf
zeichnungsvorrichtung, die für das Aufzeichnungsverfahren
verwendet wird. Eine optische Platte 21 mit einer Sandwich
struktur hat eine Informationsaufzeichnungsschicht in einer
Schichtstruktur und wird durch eine Halterung 22 gehalten,
die durch einen Motor 23 gedreht wird. Ein Laserstrahl, der
von einem Aufzeichnungslaser 25 abgestrahlt wird, wird zu
einer gewünschten Lage auf der optischen Platte 21 über
einen Aufzeichnungs-/Wiedergabekanal 24 geführt, der aus
einem Galvanospiegel 24b und einer Linse 24a besteht. Diese
werden durch Steuermittel 28 gesteuert. Hier bezeichnet das
Bezugszeichen 27 einen Erfassungskanal, um die Aufzeich
nungslage oder ähnliches zu erfassen und das Bezugszeichen
26 bezeichnet einen Laser für die Erfassung.
Ähnliche Effekte konnten erzielt werden, selbst wenn die
optische Platte nicht aus Platin, sondern aus Pd, Rh oder Au
und nicht Co, sondern Fe verwendet wurde bzw. eine Legierung
aus FeCo oder eine Legierung aus PdCo, PtCo, RhCo, AuCo,
PtFe, PdFe, RhFe, AuFe, PtFeCo, PdFeCo, AuFeCo oder RhFeCo.
Ähnliche Effekte zu denen die bei einer Kombination Pt/Co
auftreten, wurden selbst dann erhalten, wenn andere Kombina
tionen dieser Elemente verwendet wurden bzw. Legierungen,
wie z. B. Pd/Fe, Rh/Fe, Au/Fe, Pd/FeCo, Rh/FeCo, Au/FeCo,
Pd/PtCo, Rh/PtCo, Au/PtCo, Pd/PdCo, Rh/RdCo, Au/PdCo,
Pd/RhCo, Rh/RhCo, Au/RhCo, Pd/AuCo, Ru/AuCo oder Au/AuCo
oder wenn Co in solchen Kombinationen ersetzt wurde durch
Fe.
Darüber hinaus war der bevorzugte Bereich des Schicht
dickenverhältnisses von 2 : 1 bis 4 : 1 für die Pt/Co-
Legierung.
Die Querschnittsstruktur eines Teils einer optischen Platte
nach diesem Beispiel ist schematisch in Fig. 4 gezeigt. Die
Platte wurde hergestellt durch Sputtern einer dielektrischen
Schicht mit einem Brechungsindex von n = 2,1 aus Silizium
nitrid mit einer Dicke von 550 Å auf einem Glassubstrat 1.
Darauf wurde die Informationsaufzeichnungsschicht 6 aus
einer Legierung aus (Tb0.6Nd0.4)₂₅Fe₅₂Co₂₀Nb₃ aufgebracht.
Dieser Film wurde durch die Sputtertechnik hergestellt mit
einer Dicke von 800 Å. Dann wurde wiederum eine dielektri
sche Siliziumnitridschicht 2 gebildet, um zu einer Schicht
dicke von 1500 Å zu gelangen.
Auf dieser Schicht wurde mit einer Umdrehungszahl von 2400
Umdrehungen pro Minute aufgezeichnet bei einer Laserleistung
von 9 mW einer Laserwellenlänge von 530 nm, einer Pulsbreite
von 40 ns und einer Aufzeichnungsfrequenz von 20 MHz. Die
Wiedergabe wurde durchgeführt bei einer Laserleistung von
1,2 mW. Das Trägersignal zu Rauschverhältnis C/N betrug
48 dB für eine Stelle auf der Platte mit r = 30 mm. Diese
Tatsache ergab, daß das Aufzeichnen von kodierten Daten
möglich ist.
Die so hergestellte Platte hat Führungsspuren für ein Kopf
signal, z. B. einem Taktsignal oder einem Bezugssignal, und
zur Positionierung der Information. Genauer gesagt wurde die
Aufzeichnungsschicht mit einem Helium-Neon-Laser mit einer
Leistung von 15 mW bestrahlt, um die magnetischen Eigen
schaften zu ändern, z. B. die senkrechte Anisotropie. Die
Aufzeichnungslage der Information auf der Platte wurde ge
steuert durch die Erfassung der Differenz in den magneto
optischen Effekten (z. B. sowohl dem Kerreffekt als auch dem
Faradayeffekt in diesem Fall) zwischen der Lage, in der die
magnetischen Eigenschaften geändert sind und einer Lage mit
senkrechter Anisotropie. Zusätzlich wurde vorher aufzuzeich
nende Information als Systeminformation oder ähnlichem auf
einem Personal Computer aufgezeichnet.
Diese Information kann für jeden Sektor oder in jedem vorbe
stimmten Bereich, wie z. B. einem radialen Zwischenbereich
oder einem inneren Bereich der Platte aufgezeichnet werden.
Die Nützlichkeit kann durch die eigenen Aufzeichnungen des
Benutzers in seinen eigenen Programmen oder verschiedenen
Daten auf der Platte verbessert werden. Ferner kann die auf
gezeichnete Information fehlerlos reproduziert werden. Dank
der Systeminformation, die vorab aufgezeichnet wird, ist es
möglich, das System mit Datenaustausch zu steuern und Daten
zu speichern, die von dem Benutzer erstellt wurden, um die
Verwendbarkeit zu verbessern. Es ist natürlich möglich, die
Information in dem Benutzerbereich neu zu schreiben. Die
Wiedergabe von Informationen aus dem Benutzerbereich wurde
durchgeführt durch Erfassung der Differenz in dem Kerreffekt
und dem Faradayeffekt. Um den magneto-optischen Effekt de
tektieren zu können, wurde die Information durch Einstrah
lung auf das Aufzeichnungsmedium eines linear polarisierten
optischen Strahls reproduziert, um die Änderung in der Pola
risation des reflektierten Strahls zu erfassen. Eine höhere
Aufzeichnungsdichte kann erhalten werden, wenn die Lücke
zwischen den Führungsspuren verkleinert wird durch Verwen
dung eines Laserstrahls mit kleinerer Wellenlänge und durch
Verkleinerung des Bit-Abstandes oder durch Anwendung des
Vertiefungskantenaufzeichnungsverfahrens. Die Aufzeichnungs
dichte kann natürlich durch die Kombination dieser Verfahren
vergrößert werden.
Die Effekte, die mit der vorliegenden Erfindung erzielt wer
den können sind nicht abhängig von der Struktur der magneto-
optischen Platte, der für die verschiedenen Schichten ver
wendeten Materialien, der Eingangseinheit oder der Wellen
länge des Laserstrahls. Die verwendeten Materialien und
Strukturen sind lediglich als Ausführungsbeispiele ange
führt, so daß die durch die vorliegende Erfindung erziel
baren Effekte von der Wahl der einzelnen Materialien nicht
abhängen.
Ähnliche Effekte konnten erzielt, wenn das Material, aus
dem die Informationsaufzeichnungsschicht hergestellt wurde
aus Dy, Ho oder Gd anstatt Tb als schweres Seltenerdele
ment verwendet wurden. Ähnliche Effekte konnten ebenfalls
erhalten werden, selbst wenn das leichte Seltenerdelement
Nd ersetzt wurde durch Pr, Sm oder Ce. Darüberhinaus kann
Nb ersetzt werden durch Ti, Ta oder Cr und diese Elemente
tragen ferner zu einer Verbesserung der Korrosionsbestän
digkeit bei. Andererseits wurde im vorliegenden Beispiel
erläutert, daß die Schichten Eisen und Kobalt enthalten,
was jedoch dahingehend abgeändert werden kann, daß nur
eines der beiden Elemente enthalten ist, obwohl dadurch
der Kerreffekt vermindert wird. Darüberhinaus war das Ver
hältnis zwischen dem Anteil des Seltenerdelements und dem
Element aus der Eisengruppe 25 : 75, wobei man jedoch auf
dieses Verhältnis nicht fixiert ist und eine senkrechte
Anisotropie zeigte sich ebenfalls im Verhältnisbereich
20 : 35 und 80 : 65, so daß solche Filme auch als senk
recht magnetisierte Filme verwendet werden könnten.
Darüber hinaus kann das Aufzeichnen auf der Basis eines zu
dem obenerwähnten ähnlichen Prinzip erfolgen, selbst wenn
der verwendete Legierungsfilm wenigstens ein Seltenerdele
ment enthält aus der Gruppe Tb, Dy, Ho und Gd und wenig
stens ein leichtes Seltenerdelement aus der Gruppe Nd, Pr,
Sm und Ce und wenigstens ein Element aus der Eisengruppe,
bestehend aus Eisen und Kobalt.
Der Aufbau eines Teils einer optischen Platte im Schnitt
nach dem vorliegenden Beispiel ist schematisch im Schnitt
in Fig. 5 gezeigt. Die Platte wurde hergestellt durch Auf
bringen einer dielektrischen Schicht 2 aus Siliziumnitrit
mit einer Schichtdicke von 500 Å auf einem Glassubstrat 1.
Darauf folgt ein Mehrschichtsystem aus Pt/FeCo-Schichten
mit einer Schichtdicke von 300 Å, wobei diese Mehrfach
schicht als Informationsaufzeichnungsschicht 6 dient. Für
diesen Schritt wurde die zweidimensionale gleichzeitige
Sputtermethode verwendet. Die dielektrische Schicht 2 aus
Siliziumnitrit war wiederum mit einer Dicke von 100 Å auf
getragen worden. Danach wurde eine optisch reflektierende
Schicht 7 aus Al₇₀Ti₃₀ gebildet mit einer Schichtdicke von
500 Å.
Die so erhaltene optische Platte wurde bei einer Platten
lage von = 30 mm und mit einer Laserleistung von 7 mW bei
einer Laserwellenlänge von 480 nm und einer Aufzeichnungs
frequenz von 20 MHz, einer Pulsbreite von 40 ns und einer
Umdrehungszahl von 2400 U/min aufgezeichnet. Die aufge
zeichnete Information wurde mit einem Trägersignal zu
Rauschverhältnis C/N = 49 dB bei einer Leistung von 1,5 mW
ausgelesen. Daraus folgt, daß das Aufzeichnen von codier
ten Daten möglich ist.
Hier könnten ähnliche Effekte erzielt werden, selbst wenn
die Mehrfachschicht aus Pf/Co ersetzt würde durch das Ma
terial der Informationsaufzeichnungsschicht 6 durch das
Material, das in den vorhergehenden Beispielen 1 und 2
verwendet wurde.
Darüber hinaus wurde die optisch reflektierende Schicht 7
hergestellt aus Al₇₀Ti₃₀. Was jedoch hier wichtig ist, ist
die thermische Leitfähigkeit und die Reflektivität. Damit
sind die Effekte nicht insbesondere abhängig von dem Mate
rial, wenn diese Bedingung erfüllt ist. Als ein Material,
was diese Bedingung erfüllt, kann beispielsweise Aluminium
als Grundmaterial ersetzt werden durch Pt, Pd, Rh, Ag, Cu,
Au, Cr oder Pb, zu denen weitere andere Elemente addiert
werden oder Ti kann ersetzt werden durch ein Element Nb,
Ta, W oder Mo, um so die thermische Leitfähigkeit einzu
stellen.
Durch die Verwendung des Prinzips, daß das Aufzeichnen
durch Ausnutzung der Änderung der magnetischen Eigenschaf
ten erfolgt, so daß die aufgezeichnete Information als
eine Änderung in den magnetischen Eigenschaften erfaßt
werden kann, wie z. B. den magneto-optischen Effekt, können
erfindungsgemäß nur dichte aufgezeichnete Punkte bzw.
Flecke gebildet werden, um ein optisches Einmal-Ein
schreibeverfahren herzustellen oder ein optisches Auf
zeichnungs-/Wiedergabeverfahren mit einer extrem hohen
Aufzeichnungsdichte. Zusätzlich kann ein optisches Auf
zeichnungsverfahren angegeben werden sowie eine optische
Aufzeichnungsvorrichtung, die zur Durchführung dieser op
tischen Aufzeichnungsverfahren geeignet ist. Die Aufzeich
nungsdichte kann ferner verbessert werden, indem die Me
thode der Aufzeichnung der Kanten gleichzeitig verwendet
wird.
Claims (4)
1. Optisches Aufzeichnungsverfahren, bei dem ein eine
senkrechte Anisotropie aufweisendes magnetisches Material
mit einem Laserstrahl lokal bestrahlt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Bestrahlung eine Änderung der Winkellage der
Anisotropie in dem magnetischen Material verursacht zur
Aufzeichnung von Information, und dadurch, daß die Laser
leistung variiert wird, um auf dem optischen Aufzeich
nungsmaterial Bereiche mit und ohne geänderter Anisotropie
zu erzeugen.
2. Optisches Aufzeichnungsverfahren nach Anspruch 1, da
durch gekennzeichnet, daß die Information wiedergegeben
wird durch die Erfassung einer solchen Änderung eines
magneto-optischen Effektes, der gleichzeitig mit der
Änderung der senkrechten Anisotropie in dem magnetischen
Material auftritt.
3. Optisches Aufzeichnungsverfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung einer magneto-
optischen Größe im wesentlichen auf dem Kerr-Effekt be
ruht.
4. Optisches Aufzeichnungsverfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung einer magneto-
optischen Größe im wesentlichen sowohl auf dem Kerr-Effekt
als auch dem Faraday-Effekt beruht.
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