DE69015914T2

DE69015914T2 - Magneto-optisches Aufzeichnungsmedium mit dielektrischer Schicht aus hydriertem Siliziumkarbid.

Info

Publication number: DE69015914T2
Application number: DE69015914T
Authority: DE
Inventors: Arnold W Funkenbusch; Steven L Grove
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1989-07-28
Filing date: 1990-06-20
Publication date: 1995-06-29
Anticipated expiration: 2010-06-21
Also published as: EP0410575A3; CA2019720A1; EP0410575B1; EP0410575A2; JPH0366049A; DE69015914D1; KR910003610A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft magnetooptische Aufzeichnungsträger, bei denen Werkstoffe zum Schutz eines Seltenerd-Übergangsmetall-Aufzeichnungswerkstoffs verwendet werden, und zwar gegen Oxidation oder Korrosion, zur Verbesserung des Signal-Rauschverhältnisses, als Wärmesperre und zu anderen Zwecken. Die Erfindung betrifft auch Verfahren zur Herstellung dieser Medien.
Magnetooptische Aufzeichnungsträger sind auch unter den folgenden verschiedenen anderen Namen bekannt: thermomagnetische Medien, strahlenadressierbare Dateien und photomagnetische Speicher. Diese Begriffe beziehen sich alle auf einen Datentrager bzw. ein Speicherelement, das auf Strahlungsenergie anspricht, wobei die Verwendung von Energiequellen wie etwa von Laserstrahlen sowohl zur Aufzeichnung als auch zur Abfrage möglich ist. Diese Medien verändern die Eigenschaft eines einfallenden, polarisierten Lichtstrahls so, daß die Modifikation durch eine elektronische Vorrichtung, wie etwa eine Photodiode, erfaßt werden kann.
Diese Modifikation stellt normalerweise eine Offenbarung des Earaday-Effekts oder des Kerr-Effekts an polarisiertem Licht dar. Bei dem Faraday-Effekt handelt es sich um die Rotation der Polarisationsebene polarisierten Lichts, das durch bestimmte magnetisierte Medien tritt. Bei dem Kerr-Effekt handelt es sich um eine Rotation der Polarisationsebene eines Lichtstrahls, wenn dieser wie an der Oberfläche bestimmter magnetisierter Medien reflektiert wird.
Im Vergleich zu bekannten magnetischen Aufzeichnungsträgern weisen magnetooptische Aufzeichnungsträger verschiedene Vorteile auf:
1. Kein Kontakt zwischen dem Träger und einem Schreibkopf, so daß eine Ursache weniger für die Abnutzung besteht;
2. Durch die Verwendung eines Impulslaserstrahls als Schreibeinrichtung ist eine sehr dichte Datenspeicherung möglich; und
3. Durch eine Schutzschicht auf einer magnetooptischen Schicht wird der Träger im Vergleich zu magnetischen Medien durch Staub weniger beeinträchtigt.
Bei der magnetooptischen Aufzeichnung werden Daten in ein Medium mit einer vorzugsweise gerichteten remanenten Magnetisierung geschrieben, und zwar dadurch, daß ein lokalisierter Bereich (Punkt oder Bit) auf dem Aufzeichnungsträger einer Exposition durch eine elektromagnetische Quelle oder eine andere Energiequelle ausgesetzt wird, die eine ausreichend hohe Intensität zur Erwärmung des Aufzeichnungsträgers über dessen Curiepunkt oder dessen Kompensationspunkttemperatur aufweist, und wobei der Träger gleichzeitig mit einem Magnetfeld vormagnetisiert wird. Vorzugsweise handelt es sich bei der Energiequelle um einen Laser, der einen monochromen Ausgangsstrahl erzeugt. Das zur Magnetisierungsumkehr des Aufzeichnungsträgers erforderliche Magnetfeld verändert sich mit der Temperatur, auf die der Aufzeichnungsträger erwärmt wird. Für einen gegebenen Werkstoff gilt allgemein die Regel: je höher die Temperatur, desto geringer die erforderliche Koerzitivkraft des Magnetfelds.
Der Schreib- bzw. Aufzeichnungsvorgang für das Curiepunkt- und das Kompensationspunkt-Schreiben lautet wie folgt
1. Das Medium befindet sich anfangs in einem ungeordnet magnetisierten Zustand. Eine Domäne betrifft hierin den kleinsten stabilen magnetisierbaren Bereich; obwohl es sich bei der herkömmlichen Anwendung des Begriffs bei einer Domäne um einen gleichmäßig magnetisierbaren Bereich beliebiger Größe handelt. Ein ausgewählter Bereich des Mediums kann durch Exposition durch einen dauerhaften Energiestrahl und ein kleines magnetisches Vormagnetisierungsfeld, das senkrecht zu der Oberfläche des Mediums ist, magnetisiert werden.
2. Ein kleines magnetisches Vormagnetisierungsfeld, das senkrecht zu der Oberfläche bzw. der Ebene des Mediums ausgerichtet, jedoch zu dem vorher angelegten Magnetfeld entgegengesetzt gerichtet ist, wird über den gesamten Dünnfilmträger angelegt.
3. Wenn das Vormagnetisierungsfeld richtig angeordnet ist, wird ein Lichtstrahl von einer Strahlungsenergiequelle, wie etwa ein Laserstrahl, auf eine ausgewählte Stelle oder ein Bit auf dem Träger gerichtet, wo eine lokale Erwärmung des Trägers auf eine Temperatur bewirkt wird, die größer oder gleich der Curie- und/oder Kompensationstemperatur ist. Wenn der Laserstrahl entfernt wird, kühlt sich das Bit in Gegenwart des Vormagnetisierungsfelds ab und die Magnetisierung des Bits ändert sich in diese Richtung. Somit weist das Medium ein temperaturabhängiges magnetisches Wechselfeld auf. Das dem bestrahlten Bit zugeführte Vormagnetisierungsfeld wechselt wahlweise die Bitmagnetisierung, wobei sich das Bit unter dem Einfluß des Lasers vorübergehend nahe dessen Curie- und/oder Kompensationstemperatur befindet. Der vorübergehende Temperaturanstieg verringert die Koerzitivkraft des Bits.
Bei dem Schreibvorgang wird der Laserstrahl durch eine Objektivlinse mit dem gewünschten Durchmesser (z.B. 1,0 Mikrometer) auf die Oberfläche des Aufzeichnungsträgers fokussiert.
Das Speicherelement bzw. das aufgezeichnete Bit wird zerstörungsfrei dadurch abgef ragt bzw. ausgelesen, daß ein schwacher (z.B. 1-3 mW) Strahl polarisierten Lichts (z.B. ein Laserstrahl) durch die Bitspeicherstelle geleitet wird, und zwar nur so kurz, daß das Medium nicht soweit erwärmt wird, daß es seinen magnetischen Zustand ändert. Der Lese-Laserstrahl wird normalerweise durch ein Prisma kreisförmig geformt, polarisiert und mit dem gleichen Durchmesser wie der Schreibstrahl durch eine Linse auf den Aufzeichnungsträger fokussiert. Wenn der Lesestrahl durch den aufgezeichneten Punkt getreten ist, so wird er durch eine optische Analyseeinrichtung und danach durch einen Detektor, wie etwa eine Photodiode, geleitet, so daß jede Veränderung bzw. jede nicht aufgetretene Veränderung der Polarisation erfaßt wird.
Jede Veränderung der Ausrichtung der Polarisatin des Lichts wird durch die magnetooptischen Eigenschaften des Werkstoffs in dem Bit bzw. der Stelle bewirkt. Somit werden der Kerr-Effekt, der Faraday-Effekt oder eine Kombination dieser Effekte dazu verwendet, eine Veränderung der Ebene der Lichtpolarisation zu bewirken. Die Polarisationsebene des übertragenen bzw. reflektierten Lichtstrahls wird um den charakteristischen Rotationswinkel θ gedreht. Bei einer Aufwärts-Bitmagnetisierung dreht sich die Ebene um θ Grad und bei einer Abwärts- Magnetisierung um -θ Grad. Die aufgezeichneten Daten, die normalerweise in digitaler Form durch die Logikwerte 1 oder 0, abhängig von der Richtung der Bitmagnetisierung, dargestellt sind, werden durch Lesen der Änderung der Intenstität des Lichts erfaßt, das durch die einzelnen Bits tritt oder von diesen reflektiert wird, wobei die Intensität auf die gedrehte Lichtmenge und den Rotationswinkel anspricht.
Bisher wurde davon ausgegangen, daß das Signal-Rauschverhalten (SNR) oder das Träger-Rauschverhalten (CNR) eines löschbaren magnetooptischen Trägers proportional zu θxR1/2 ist, wobei θ den Rotationswinkel darstellt und es sich bei R um die Reflektivität des Mediums handelt. Zur Zeit ist das Verhältnis zwischen dem Träger-Rauschverhältnis und den Parametern eines vollkonstruierten magnetooptischen Mediums nicht eindeutig definiert. Das Verfahren zur Optimierung des Trägeraufbaus erscheint komplizierter als einfach θxR1/2.
Bei einem Medium mit unmittelbarer Leseprüfung (DRAW) werden fünfundvierzig Dezibel in einer Bandbreite von 30 kHz allgemein als minimal zulässiges Träger-Rauschverhältnis angesehen. Die Geschwindigkeit, mit der Bits abgefragt werden können und die Zuverlässigkeit, mit der die Daten gelesen werden können, ist von der Größe der magnetooptischen Eigenschaften, wie etwa des Rotationswinkels, ebenso abhängig, wie von der Fähigkeit des Abfragesystems zur Erfassung dieser Eigenschaften. Zum Zwecke dieser Beschreibung wird der Rauschpegel als durchschnittlicher Rauschpegel gemessen.
Der Rotationswinkel, die Koerzitivkraft, die Curietemperatur und die Kompensationspunkttemperatur, stellen die wesentlichen Eigenschaften dar, die einen magnetooptischen Werkstoff kennzeichnen. Das Medium umfaßt im allgemeinen eine einzige Schicht bzw. ein Mehrschichtsystem, wobei mindestens eine der Schichten eine Dünnfilm-Metallegierungszusammensetzung darstellt. Binäre und ternäre Zusammensetzungen sind für die Bildung amorpher Metallegierungen besonders geeignet. Bei geeigneten Beispielen handelt es sich um Seltenerd- Übergangsmetallzusammensetzungen (RE-TM), wie etwa: Gadolinium- Kobalt (Gd-CO), Gadolinium-Eisen (Gd-Fe), Terbium-Eisen (Tb-Fe), Dysprosium-Eisen (Dy-Fe), Gd-Tb-Fe, Tb-Dy-Fe, Tb-Fe-Co, Terbium- Eisen-Chrom (Tb-Fe-Cr), Gadolinium-Eisen-Wismuth (Gd-Fe-Bi), Gadolinium-Eisen-Zinn (Gd-Fe-Sn), Gd-Fe-Co, Gd-Co-Bi und Gd-Dy- Fe. Solche Legierungen werden unter anderem in EP-A-327.257 und GB-A-2.165.264 offenbart.
Viele der Elemente, die für die Seltenerd-Übergangsmetall- Legierungsschicht geeignet sind, reagieren stark mit Sauerstoff und anderen Elementen, die in der Anwendungsumgebung der Medien vorhanden sein können. Ferner kann das Substrat, auf dem die Legierungsschicht aufgetragen wird, ebenso Unreinheiten aufweisen, die mit der Legierungsschicht reagieren. Somit werden sogenannte "dielektrische" Filme auf eine oder auf beide Seiten des Seltenerd-Übergangsmetall-Dünnfilms aufgetragen, um diesen zu schützen. Um wirksam zu sein, dürfen diese Filme nicht mit der Seltenerd-Übergangsmetallschicht oder einer anderen Schicht reagieren, sie müssen eine chemische und physikalische Widerstandsfähigkeit gegen Zersetzungen durch Wärme, Feuchtigkeit und korrodierende Chemikalien aufweisen und sie müssen auf den zum Lesen und Schreiben der Daten verwendeten Wellenlängen (kennzeichnenderweise etwa 820 bis 830 Nanometer bei einer Laserdiode, bzw. etwa 632,8 Nanometer bei einem Helium-Neon- Laser, wobei auch andere Wellenlängen verwendet werden können) transparent sein. Ein Werkstoff ist im Sinne dieser Beschreibung "transparent", wenn er weniger als etwa 20 Prozent der Intensität des einfallenden Lichtstrahls mit einer bestimmten Wellenlänge absorbiert.
Zu derzeit verwendeten dielektrischen Filmen gehören Siliziumsuboxid (SiOy, y< 2 - siehe GB-A-2.165.264 (Supra), Titandioxid, Siliziumdioxid, Ceroxid, Aluminiumoxid und Aluminiumnitrid. Die meisten dieser Stoffe enthalten Sauerstoff, der mit dem Seltenerdelement in der magnetisierbaren Schicht reagieren und dadurch die Leistungsfähigkeit der Medien verschlechtern kann. Die Zerstäubungstargets dieser Werkstoffe weisen eine sehr niedrige elektrische Leitfähigkeit auf. Dies verhindert die Verwendung der Gleichstrom-Magnetronzerstaubung zur Ablagerung der Stoffe auf den anderen Schichten eines vollständigen magnetooptischen Mediums. Statt dessen können die Hochfrequenzzerstäubung, das Aufdampfen oder die reaktive Zerstäubungsablagerung verwendet werden.
In GB-2.165.264 wird in einem Vergleichsbeispiel ein magnetooptischer Aufzeichnungsträger offenbart, der ein Glassubstrat und eine amorphe magnetisierbare Gd-Tb-Fe-Schicht aufweist, wobei eine Seite dieser eine dielektrische Siliziumkarbid-Schicht aufweist. Die dielektrische Siliziumkarbid-Schicht wird unter Verwendung eines Siliziumkarbid-Targets durch Hochfrequenzzerstäubung in einer Argonumgebung gebildet.
EP-A-220.993 betrifft eine elektrophotographische Druckvorrichtung, und es wird eine elektrophotographische, mehrschichtige Drucktrommel für diese Vorrichtung offenbart, die eine obere Schicht hydrierten, amorphen Siliziumkarbids mit den folgenden Atomverhältnissen aufweist: C: (Si+C) und Si-gebondet H/Si:C-gebondet H/C im Bereich von 0,17 bis 0,45 bzw. 0,3 bis 1,0. Die Oberschicht wird durch ein Glimmentladungs-CVD-Verfahren gebildet.
In "1989 Digests of Intermag '89 International Magnetics Conference" werden magnetooptische Medien mit Schutzfilmen aus hydriertem SiCN offenbart.
EP-A-327.257 bildet einen Teil des Stands der Technik gegen die vorliegende Erfindung aufgrund des Artikels 54(3) EPÜ. In diesem Patent wird ein magnetooptischer Aufzeichnungsträger offenbart, der ein Substrat und eine amorphe, magnetisierbare Seltenerd- Übergangsmetall-Legierungsschicht mit einer transparenten dielektrischen Schicht auf mindestens einer Seite aufweist, wobei die dielektrische Schicht Siliziumkarbid der Formel SiCx umfaßt, wobei x größer ist als 1,0. Die dielektrische Schicht wird durch Gleichstrom-Magnetronzerstäubung von einem Target aus Siliziumkarbid und Kohlenstoff abgelagert.
Die Erfindung sieht einen magnetooptischen Aufzeichnungsträger mit einem Substrat und einer amorphen, magnetisierbaren Seltenerd-Übergangsmetall-Legierungsschicht mit einer transparenten, dielektrischen Schicht auf mindestens einer Seite vor, wobei die dielektrische Schicht hydriertes Siliziumkarbid der Formel (SiCx)1-vHv umfaßt, wobei x größer ist als 1,0 und wobei y größer ist als Null.
Vorgesehen ist gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines magnetooptischen Aufzeichnungsträgers mit einem Substrat und einer amorphen, magnetisierbaren Seltenerd-Übergangsmetall-Legierungsschicht mit einer transparenten, dielektrischen Schicht auf mindestens einer Seite der Seltenerd-Übergangsmetall-Legierungsschicht, wobei das Verfahren folgende Schritte umfaßt:
(A) Bereitstellung des Substrats;
(B) Ablagerung der amorphen, magnetisierbaren Seltenerd- Übergangsmetall-Legierungsschicht durch ein bekanntes Verfahren, so daß sich eine Schicht ergibt, die wirksam einen magnetooptischen Effekt erzeugt;
(C) Bereitstellung eines elektrisch leitfähigen Zerstäubungstargets, das Silizium und Kohlenstoff umfaßt; und
(D) Ablagerung einer dieelektrischen Schicht mit hydriertem Siliziumkarbid der Formel (SiCx)1-yHy, wobei x größer ist als 1,0 und wobei y größer ist als Null, wobei die Ablagerung von dem vorgesehenen Target durch Gleichstrom-Magnetronzerstäubung erfolgt.
Der Begriff "dielektrisch" bedeutet bei der Anwendung auf diese Stoffe nicht unbedingt, daß es sich bei den Schichten um elektrische Dielektrika handelt, d.h., daß sie sehr hohe Reziprokwerte der spezifischen elektrischen Leitfähigkeit aufweisen. Der Begriff "dielektrisch" bezieht sich bei der Verwendung in dieser Beschreibung und in den Ansprüchen auf Filme, welche die optischen und schützenden Anforderungen als Filme erfüllen, die im Fach als "dielektrische" Filme bekannt sind.
Es können viele Substrate verwendet werden. Diese können aus jedem unmagnetischen, dimensionsstabilen Werkstoff gestaltet sein, der die radialen Verzerrungsschwankungen während dem Auf zeichnen und der Wiedergabe minimiert. Somit können Halbleiter, Isolatoren oder Metalle verwendet werden. Zu den geeigneten Substraten gehören Glas, Spinell, Quarz, Saphir, Aluminiumoxid, Metalle wie etwa Aluminium und Kupfer sowie Polymere wie etwa Polymethylmethacrylat (PMMA) und Polyester. Bei Anwendungen, bei denen eine hohe Dimensionsstabilität erforderlich ist, wird Glas bevorzugt, während für die Massenfertigung Polymere bevorzugt werden, und zwar aufgrund deren vergleichsweise geringen Kosten.
Bei dem Substrat handelt es sich normalerweise um eine Scheibe. Die üblichen Durchmesser betragen 8,9 Zentimeter (3,5 Inch) und 13,3 Zentimeter (5,25 Inch), wobei auch andere Größen verwendet werden.
Transparente Substrate ermöglichen eine Gestaltung der Medien, wobei die Lese- und Schreib-Lichtstrahlen vor der Aufzeichnungsschicht erst durch das Substrat treten, dann auf eine optionale Reflektorschicht treffen und nach der Reflektion zurück zu der Aufzeichnungsschicht verlaufen. Ein solches Medium ist als Substrateinfallsmedium bekannt. Wenn sich die optionale Reflektorschicht zwischen dem Substrat und der Aufzeichnungsschicht befindet, werden die Lese- und Schreibstrahlen nicht durch das Substrat geleitet. Ein solches Medium ist als Lufteinfallsmedium bekannt, obwohl im allgemeinen mindestens eine Schicht zwischen dem Aufzeichnungsträger und der Luft vorhanden ist.
Weitere bevorzugte Ausführungsbeispiele sind in den anhängigen Ansprüchen definiert.
Bei der Ablagerung eines magnetisierbaren, amorphen Werkstoffs auf einer reflektierenden Oberfläche ist es bekannt, daß sich die Magnetorotation erhöht, da der Faraday-Effekt zu dem Kerr-Effekt hinzukommt. Durch den Faraday-Effekt wird die Polarisationsebene des Lichts gedreht, während dieses durch die magnetooptische Schicht hin und her verläuft, während der Kerr-Effekt die Rotation auf der Oberfläche der Schicht bewirkt. Bei der reflektierenden Oberfläche kann es sich um eine glatte, hochpolierte Oberfläche des Substrats handeln, oder um die Oberfläche einer separaten Reflexionsschicht, die durch im Fach bekannte Techniken, wie etwa durch Vakuumaufdampfen, aufgetragen wird. Die reflektierende Oberfläche bzw. Schicht weist auf der Auf zeichnungswellenlänge normalerweise ein Reflexionsvermögen von etwa 50 Prozent (vorzugsweise 70 Prozent) auf. Die aufgetragenen reflektierenden Schichten sind für gewöhnlich etwa 50 bis 500 Nanometer dick. Bei kennzeichnenden aufgetragenen, reflektierenden Schichten handelt es sich um Kupfer, Aluminium oder Gold.
Der Dünnfilm des Aufzeichnungsträgers umfaßt normalerweise eine Legierung mindestens eines Seltenerdelements und mindestens eines Übergangsmetalls, und die Dicke beträgt bei der Verwendung eines Reflektors für gewöhnlich nicht mehr als 40 Nanometer. Wenn kein Reflektor verwendet wird, kann es sein, daß der Film bis zu 200 Nanometer dick sein muß, um die gleichen magnetooptischen Effekte zu erzeugen, da der Faraday-Effekt nicht vorhanden ist. Wenn dies zu dünn ist, im allgemeinen 5 oder weniger Nanometer, absorbiert der magnetooptische Film im Schreibmodus nicht genug Licht. Eine ausreichende Koerzitivität zur Erzeugung eines stabilen Speichers beträgt etwa 39.790 A/m (500 Oersted (Oe)), wobei im allgemeinen 159.160 bis 1.034.540 A/m (2000 bis 13.000 Oe) verwendet werden.
Es wird davon ausgegangen, daß die Oxidation der magnetisierbaren Seltenerd-Übergangsmetallschicht eine Hauptursache für einen Verlust der Trägerleistung darstellt. Eine Hauptursache für die Oxidation ist der Eintritt einer Sauerstoffquelle, wie etwa Wasserdampf, während der Herstellung der Seltenerd- Übergangsmetallschicht bzw. ein er Schicht, welche die Seltenerd- Übergangsmetallschicht berührt, in die Zerstäubungskammer.
Eine transparente Schicht kann auf einer oder auf beiden Seiten des magnetisierbaren, amorphen Films aufgetragen werden. Wenn diese sich zwischen der reflektierenden Schicht und dem magnetisierbaren, amorphen Film befindet, so ist die Schicht als Zwischenschicht bekannt. An dieser Position werden dielektrische Schichten bevorzugt, da diese dafür bekannt sind, daß sie die Legierungsschicht gegen eine Reaktion mit der reflektierenden Schicht bzw. mit Unreinheiten in dieser schützen. Eine dielektrische Schicht sieht auch eine Wärmesperre vor, wobei die Wärmeleitung von dem magnetisierbaren, amorphen Film zu der reflektierenden Schicht verringert wird, wodurch sich die zum Schreiben der Daten in den magnetisierbaren, amorphen Film erforderliche Laserleistung reduziert. Die Zwischenschicht ist vorzugsweise 0 bis 300 Nanometer dick. Wünschenswerterweise weist diese Zwischenschicht einen größeren Brechungsindex als 1,2 auf, wobei der Index vorzugsweise zwischen 2,0 und 3,0 liegt. Eine Zwischenschicht mit einem hohen Brechungsindex ermöglicht eine wesentliche Erhöhung des Magnetorotationswinkels durch eine Interferenzerhöhung.
Eine Interferenzerhöhung kann auch dann auftreten, wenn eine zweite transparente Schicht auf der anderen Seite des magnetisierbaren, amorphen Dünnfilms aufgetragen wird. Diese Schicht wird als Sperrschicht bezeichnet. Medien mit einer Interferenzschicht (als Zwischenschicht oder als Sperrschicht) plus MO und reflektierenden Schichten, werden als dreischichtige Medien bezeichnet. Medien mit einer Zwischenschicht und einer Sperrschicht werden als vierschichtige Medien bezeichnet. Wenn es sich bei der Sperrschicht um eine dielektrische Schicht handelt, so ist diese vorzugsweise auch durch einen größeren Brechungsindex als 1,2 gekennzeichnet, wobei es sich jedoch nicht um den genau gleichen Stoff wie bei der Zwischenschicht handeln muß. Der Brechungsindex sollte jedoch nicht so hoch sein, daß von der Schnitt stelle der Sperr- und Substratschichten eine zu hohe Reflektion erzeugt wird, wenn sich die Sperrschicht angrenzend an ein transparentes Substrat befindet, auf dem das polarisierte Licht zuerst einfällt (Substrateinfallsaufbau). Die Sperrschicht weist normalerweise eine Dicke zwischen etwa 30 bis 200 Nanometern auf, wobei eine erfindungsgemäß gestaltete Schicht beispielsweise nur 5 Nanometer dick sein kann.
Wenn sich die dielektrische Schicht zwischen dem Aufzeichnungsfilm und der reflektierenden Schicht bzw. Oberfläche befindet und keine Sperrschicht vorhanden ist (dreischichtiger Aufbau), so ist es vorteilhaft, eine transparente Passivierungsschicht über der Aufzeichnungsfilmschicht auf zutragen. Bei einer Passivierung handelt es sich um den Wechsel einer chemisch aktiven Metalloberfläche in einen wesentlich reaktiveren Zustand. Die optionale transparente Passivierungsschicht entspricht im wesentlichen der vorher beschriebenen transparenten dielektrischen Sperrschicht, nur ist sie dünner, und zwar normalerweise mit einer Dicke von bis zu etwa 10 Nanometern. Wie dies bei der transparenten dielektrischen Schicht auf der anderen Seite des magnetisierbaren, amorphen Films der Fall ist, so muß auch die Passivierungsschicht den Aufzeichnungsfilm gegen Oxidation bzw. Korrosion aufgrund übermäßiger Wärme, Feuchtigkeit oder einer chemischen Reaktion mit Unreinheiten schützen. Allerdings müssen nicht die gleichen optischen Effekte (z.B. θ Erhöhung) wie bei der dickeren Sperrschicht erzielt werden. Es ist möglich, die Funktionen der Sperrschicht und der Passivierungsschicht in einer einzigen Schicht zu verbinden, die einen transparenten dielektrischen Werkstoff umfaßt, und wobei die Dicke so ausgewählt wird, daß eine Interferenzerhöhung vorgesehen wird. Auch diese Schicht ist als Sperrschicht bekannt.
Die erfindungsgemaßen Medien sind zwar löschbar, doch können sie bei den gleichen Anwendungen verwendet werden wie Dauerspeicher oder nur einmal beschreibbare Medien. Durch die im Fach bekannte Kombination zweier einseitiger Medien ist auch ein zweiseitiges Medium möglich. Die magnetooptischen Aufzeichnungsträger können auch gerillt werden, um die Anordnung der Aufzeichnungsspuren zu unterstützen.
Oben wurde ein magnetooptischer Aufzeichnungsträger mit einer einzigen Seltenerd-Übergangsmetallschicht beschrieben, wobei bei einigen Anwendungen, wie etwa bei bestimmten "Direktüberschreibungsmedien", zwei oder mehr Seltenerd- Übergangsmetallschichten verwendet werden können. Die beiden Seltenerd-Übergangsmetallschichten können in unmittelbarem Kontakt zueinander stehen; sie können aber auch durch eine dielektrische Schicht getrennt sein, die gemäß den Grundsätzen für die Sperr- und Passivierungsschichten gestaltet ist.
Nachstehend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung als beispielhaft beschrieben.
Es zeigen:
Figur 1 einen Graph des Brechungsindexes eines erfindungsgemäßen dielektrischen, hydrierten Siliziumkarbidfilms als eine Funktion der Wellenlänge des einfallenden Lichts;
Figur 2 einen Graph des optischen Extinktionskoeffizienten des dielektrischen, hydrierten Siliziumkarbidfilms aus Figur 1 als eine Funktion der Wellenlänge des einfallenden Lichts;
Figur 3 einen Graph des Brechungsindexes eines dielektrischen, nicht-hydrierten Siliziumkarbidfilms als eine Funktion der Wellenlänge des einfallenden Lichts; und
Figur 4 einen Graph des optischen Extinktionskoeffizienten des dielektrischen, nicht-hydrierten Siliziumkarbidfilms aus Figur 3 als eine Funktion der Wellenlänge des einfallenden Lichts.
Die magnetooptischen, amorphen Dünnfilme können durch bekannte Dünnfilm-Ablagerungstechniken, wie etwa durch Zerstäubung, Aufdampfen und Klatschkühlung gestaltet werden. Die Kathodenzerstäubung stellt ein bevorzugtes Verfahren dar.
Kennzeichnende bekannte Zerstäubungsbedingungen für amorphe Dünnfilme sind: Anfangsvakuum unter 1,33 x 10&supmin;³ Pa (1x10&supmin;&sup5; Torr); Zerstäubungsdruck von 4,0 bis 2,67 Pa (3x10&supmin;² bis 2x10&supmin;² Torr); Materialentfernung von der Oberfläche einer Zerstäubungsquelle durch Vor-Zerstäubung; eine Substrattemperatur von 30 bis 100 Grad Celsius; und ein Edelgas-Teildruck (normalerweise Argon).
Bei dem Kathodenzerstäubungsverfahren bombadieren Gasionen die Feststofflegierungs-Targetkathode in der Zerstäubungskammer, wobei Metallatome gelöst werden, und zwar durch Übertragung der beschleunigten Ionen auf die Metallatome nahe der Oberfläche des Targets. Das Substrat wird an der Anode positioniert und die Metallegierungsatome durchqueren den Zwischenraum zwischen der Anode und der Kathode, um auf dem Substrat abgelagert zu werden.
Bei der Triodenzerstäubung wird der Zerstäubungskammer zwischen der Anode und der Kathode eine als Emitter bekannte Glühkathode zugesetzt. Dies ermöglicht es, daß das Glasplasma auf wesentlich niedrigeren Druckzuständen gehalten werden kann als bei einer Gleichstrom-Glühentladung, selbst in einem Magnetfeld oder Magnetron. Kennzeichnenderweise kann Argonplasma auf Manometerdruckzuständen zwischen 0,53 Pa bis 0,080 Pa (4x10&supmin;³ bis 6x10&supmin;&sup4; Torr) gehalten werden. Dieses Verfahren ermöglicht es, daß die zerstäubten Atome auf dem Substrat mit höherer Energie auftreffen als wie dies bei höheren Druckzuständen der Fall wäre, da sich weniger Argonionen in dem Zwischenraum zwischen dem Target und dem Substrat befinden, um die Bewegung der zerstäubten Atome zu stören, wobei sich die mittlere freie Weglänge erhöht.
Eine magnetisch verstärkte Zerstäubung, bei der in der Zerstäubungskammer im rechten Winkel zu dem elektrischen Feld ein Magnetfeld angelegt wird, verringert den zur Zerstäubung erforderlichen Druck weiter und erhöht somit die mittlere freie Weglänge. Dies ist der Fall, da das Magnetfeld die Elektronen in folgende spiralförmige Bahnen ablenkt, wobei zum Erreichen der Anode größere Strecken durchlaufen werden müssen. Diese längere Bahn erhöht die Wahrscheinlichkeit einer Kollision mit den Gasatomen. Diese Kollisionen erzeugen Gasionen, welche die Zerstäubungstargetatome lösen, so daß sich durch eine größere Wahrscheinlichkeit der Gaskollision die Zerstäubungsgeschwindigkeit erhöht. Ein weiteres Merkmal der magnetischen Verstärkung ist es, daß die Elektronen auf das ionisierte Gasplasma begrenzt sind und eine geringere Erwärmung des Substrats durch Elektronenbeschuß erzeugen. Dieses Merkmal ist von Vorteil, wenn es wünschenswert ist, Substrate mit vergleichsweise niedrigen Schmelzpunkten zu verwenden.
Derzeit verwendete dielektrische Stoffe werden durch verschiedene Verfahren, die ihre Vorteile haben, aufgetragen. Die Bedampfung setzt zur Ablagerung von Seltenerd-Übergangsmetall- Legierungsschichten wesentlich niedrigere Vakuumdruckzustände voraus als die Zerstäubungstechniken; eine gleichmäßige Filmablagerung über eine große Fläche ist schwierig; und die Regelung der Filmablagerung ist schwierig, da es sich um eine Exponentialfunktion der Bedampfungsschiffchentemperatur handelt. Bei der Hochfrequenzzerstäubung (RF) wird eine übermäßige Hitze an dem Substrat erzeugt, so daß einige kostengünstige Kunststoffsubstrate nicht verwendet werden können; und die Hochfrequenzsignale können die computergesteuerten Fabrikationsvorgänge störend beeinflussen.
Die reaktive Zerstäubungsablagerung setzt den Zusatz eines reaktiven Gases in die Kammer voraus, wodurch die anderen Ablagerungsvorgänge verunreinigt werden können; und das Gas kann an der Zerstäubungstargetoberfläche reagieren und einen nicht leitenden Film bilden, der den Zerstäubungsvorgang störend beeinflußt. Diese Reaktion tritt an der Targetoberfläche auf, da in der Zerstäubungskammer verhältnismäßig hohe Teildruckzustände des reaktiven Gases, z.B. 0,13 Pa (10&supmin;³ Torr) notwendig sind, um die Bildung des dielektrischen Films zu bewirken. Wenn die Konzentration zu niedrig ist, wird ein Film gebildet, der nicht transparent ist.
Die erfindungsgemäßen dielektrischen, hydrierten Siliziumkarbidfilme wurden durch Gleichstrom-Magnetronzerstäubung in Gegenwart einer sehr niedrigen Konzentration reaktiven Gases, d.h. Wasserdampf, verwirklicht und es wurde eine nur geringe bzw. keine Verunreinigung der Zerstäubungstargetoberfläche festgestellt. Es wird davon ausgegangen, daß dies auf die sehr geringe Konzentration des reaktiven Gases zurückzuführen ist.
Die Gleichstrom-Magnetronzerstäubung sieht im Vergleich zu Bedampfungstechniken eine bessere Aufdampfratenregelung und eine verbesserte aufgedampfte Filmdicke vor. Die an dem Substrat erzeugten Temperaturen sind so niedrig, daß sie die Verwendung von Kunststoffsubstraten zulassen. Es existiert im Vergleich zu den Hochfrequenzverfahren eine geringere elektromagnetische Interferenz mit den Steuergeräten. Aus diesem Grund wird der Gleichstrom-Magnetronzerstäubungsvorgang bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt und er kann zur Ablagerung einer dielektrischen Zwischenschicht sowie einer dielektrischen Sperrschicht verwendet werden.
Die Gleichstrom-Magnetronzerstäubung setzt ein elektrisch leitfähiges Zerstäubungstarget voraus. Wenn von einem Targetstrom von 50mA/cm² ausgegangen wird, und wenn angenommen wird, daß ein größerer Targetdurchgangsspannungsabfall als 50 Volt unzulässig ist, so ist ein maximaler Targetmaterialwiderstand von 1000 Ohm/cm² bei einer Targetdicke von 0,3 cm wünschenswert, wobei der wünschenswerte spezifische Widerstand ungefähr 3300 Ohm-cm oder weniger beträgt.
Das von der Standard Oil Company, Abteilung für Baukeramik, unter dem Warenzeichen Hexology erhältliche, elektrisch leitfähige Siliziumkarbid, stellt einen geeigneten Stoff für die Gleichstrom-Magnetronzerstäubung dar. Eine Güteklasse dieses Stoffes ist durch den Hersteller mit SG gekennzeichnet und wird dadurch erzeugt, daß etwa 95 Gewichtsprozent SiC und 5 Gewichstprozent Graphitpulver gemischt werden, wobei geeignete Bindemittel zugesetzt werden. Die Mischpulver werden extrudiert, so daß eine dünne Lage oder ein Stab gebildet wird, wobei darauf ein Sintervorgang in Hochtemperatur-Graphitöfen folgt. Das Enderzeugnis umfaßt SiC-Körner in einer Matrix elektrisch leitfähigen, porösen Graphits. Die elektrische Leitfähigkeit liegt bei 20ºC zwischen 0,2 und 300 Ohm-cm, abhängig von den verwendeten Zusatzmitteln. Das elektrisch leitfähige Siliziumkarbid kann als Gleichstrom-Zerstäubungstarget verwendet werden, und zwar ohne Verbindung an einer Zwischenplatte. Der äußere Teil des Werkstoffs weist einen höheren Kohlenstoffgehalt auf, wobei sich herausgestellt hat, daß dies aufgestäubte Filme mit einem Kohlenstoff-/Siliziumverhältnis erzeugt, das stark von der Zerstäubungszeit bestimmt wird. Ein Vor-Zerstäubungsvorgang zur Säuberung des Targets wird dazu eingesetzt, die Gleichmäßigkeit der erzeugten Filme zu verbessern.
Eine Wasserstoffquelle wird während dem Auftragen des dielektrischen Films in die Zerstäubungskammer eingeführt. Zwar wird Wasserdampf als Wasserstoffquelle bevorzugt, doch sind auch Molekülwasserstoff und Methan geeignet, wenn eine passende Pumpvorrichtung verwendet wird. Bei Wasserdampf muß besondere Sorgfalt auf die Gewährleistung gelegt werden, daß der ebenfalls zugeführte Sauerstoff die Seltenerd-Übergangsmetallegierung während deren Ablagerung nicht verunreinigt. Eine geeignete Technik stellt die physikalische Trennung der für den dielektrischen Film und die Seltenerd-Übergangsmetallegierung verwendeten Zerstäubungskammern dar, wie etwa durch Schiebetüren. Ebenso geeignet ist die "dynamische Puffertechnik", die für gewöhnlich bei der reaktiven Zerstäubung eingesetzt wird. Bei dieser Technik wird ein Isolationsbereich mit verhältnismäßig hohem Vakuum zwischen den Zerstäubungskammern angeordnet. Der aus der dielektrischen Zerstäubungskammer austretende Wasserdampf muß vor dem Erreichen der Seltenerd-Übergangsmetall- Zerstäubungskammer zuerst in den Isolationsbereich eintreten. Das höhere Vakuum in dem Isolationsbereich entfernt den Wasserdampf.
Die Verwendung von Wasserdampf-Spurenmengen bei sehr niedrigen Dampfdruckzuständen stellt das bevorzugte Verfahren zur Minimierung der Sauerstoffverunreinigung dar. Bei der Verwirklichung der vorliegenden Erfindung, war der Wasserdampf vor dem Füllen der Kammer mit Argon in der Gleichstrom- Magnetronkammer mit einem Basisunterdruck von 2,67x10&supmin;&sup5; Pa (2x10&supmin;&sup7; Torr) oder darunter vorhanden.
Die mit einem Siliziumkarbid- und Graphit-Zerstäubungstarget in Gegenwart von Wasserstoff erzeugten Dünnfilme besitzen die chemische Formel (SiCx)1-yHy, wobei x größer als 1 und y größer als 0 ist. Die hydrierten, kohlenstoffreichen Siliziumkarbidfilme weisen auch nachweisbare Konzentrationen anderer Element auf, die auf die Bindemittel zurückzuführen sind, die bei einer bestimmten Pulvermischung verwendet werden.
Allgemein gilt, je leitfähiger das SiC-/Graphit- Zerstäubungstarget ist, desto höher ist der Wert von x in dem aufgetragenen Film. Übermäßig leitfähige Mischungen erzeugen Filme mit hohen x-Werten (z.B. 3,0 oder darüber), jedoch verlieren sie an Transparenz und sind somit für die Anwendung bei magnetooptischen Medien weniger geeignet. Der Kohlenstoffgehalt liegt vorzugsweise bei x größer als 1,2.
Ferner ist es wünschenswert, die Gleichstrom-Magnetronzerstäubung bei niedrigen Edelgas-Teildruckzuständen durchzuführen, kennzeichnenderweise bei 1,33 Pa (0,01 Torr) oder darunter. Die resultierenden Medien weisen mit der Zeit einen geringeren Nachlaß der Koerzitivität (ein Maß der Mediumspeicherstabilität) auf als Medien, die durch Zerstäubung auf höheren Druckzuständen erzeugt werden, wie dies in Medien mit nicht-hydrierten Schichten zu beobachten ist.
Es wird basierend auf im Fach bekannten ähnlichen hydrierten Filmen davon ausgegangen, daß zulässige erfindungsgemäße Filme Y- Werte von 0,7 oder weniger aufweisen können. Zulässige Wasserdampf-Druckzustände liegen bei etwa 1,33x10&supmin;³Pa (1x10&supmin;&sup5; Torr) oder darunter.
Die relativen Dicken des magnetisierbaren, amorphen, magnetooptischen Films und der transparenten, dielektrischen Zwischenschicht in der dreischichtigen Konstruktion und dem magnetisierbaren, amorphen Film der vierschichtigen Konstruktion, können so ausgewählt werden, daß sich ein magnetooptischer Rotationswinkel ergibt, der größer ist als der Winkel des Medium ohne zusätzliche Schichten.

Beispiel I

Um den Hydrierungseffekt an den optischen Eigenschaften des kohlenstoffreichen Siliziumkarbids zu erzielen, wurden (SiCx)1-yHy -Schichten bei 0,107 Pa (8x10&supmin;&sup4; Torr) auf Glasträger aufgetragen, und zwar unter Verwendung des Siliziumkarbid-/Graphitstoffes Hexology SG und Wasserdampf, wie dies oben beschrieben ist.
Zur Bestimmung der Zusammensetzung der Filme wurden auf die gleiche Weise erzeugte Filme durch sekundäre Ionen- Massenspektroskopie (SIMS) bezüglich dem chemischen Gehalt analysiert. Ein nicht-hydrierter Siliziumkarbidfilm (Versuch 670) wies einen zu vernachlässigenden Wasserstoffgehalt auf (y niedriger als 0,01), während ein hydrierter Siliziumkarbidfilm (Versuch 754) einen Wasserstoffgehalt von ungefähr 6 Atomprozent bzw. y=0,15 aufwies. Die SIMS-Analyse zeigte, daß beide Filme die gleichen Silizium- und Kohlenstoffkonzentrationen aufweisen, wobei die Konzentration im Fall des Versuchs 670 mit x=1,57 bekannt war.
Danach wurden Reflexions- und Transmissionskoeffizientenmessungen einer 15 Nanometer dicken Schicht (Versuch 749) hydrierten, kohlenstoffreichen Siliziumkarbids dazu verwendet, die Werte des Brechungsindexes und des optischen Extinktionskoeffizienten des Films als eine Funktion der Lichtwellenlänge zu berechnen. Die Messungen und Berechnungen wurden sowohl für auf den Glassubstraten einfallendes Licht als auch für auf den dielektrischen Filmen einfallendes Licht durchgeführt. Bei magnetooptischen Medien liegen die Werte für einen dielektrischen Film bezüglich dem Brechungsindex zwischen 2,0 und 3,0 und bezüglich dem optischen Extinktionskoeffizienten bei 0,15 oder darunter.
Die Figuren 1 und 2 zeigen, daß der dielektrische Film des Versuchs 749 die gewünschten Werte bei einem Wellenlängenbereich von 450 bis 850 Nanometern aufweist. Der Brechungsindex ändert sich umgekehrt mit der Wellenlänge, und zwar von etwa 2,08 bei 850 Nanometern auf etwa 2,10 bei 650 Nanometern und auf 2,18 bei 450 Nanometern. Der optische Extinktionskoeffizient ändert sich ebenso umgekehrt von 0,02 bei 850 Nanometern auf 0,04 bei 650 Nanometern und auf etwa 0,12 bei 450 Nanometern. Im Gegensatz dazu zeigen die Figuren 3 und 4 die Ergebnisse ähnlicher Messungen und Berechnungen für einen nicht-hydrierten, kohlenstoffreichen Siliziumkarbidfilm (SiCx, x=1,57, Versuch 506) über den gleichen Wellenlängenbereich. Der Brechungsindex variiert von etwa 2,95 bei 850 Nanometern auf etwa 3,90 bei 650 Nanometern und auf 3,10 bei 450 Nanometern. Der optische Extinktionskoeffizient erhöht sich von 0,10 bei 850 Nanometern auf 0,20 bei 650 Nanometern und auf 0,40 bei 450 Nanometern.
Somit werden die erfindungsgemäßen hydrierten, kohlenstoffreichen, dielektrischen Siliziumkarbidfilme bei magnetooptischen Aufzeichnungsträgeranwendungen bevorzugt, bei denen Licht mit einer Wellenlänge zwischen 450 und 850 Nanometern verwendet wird.

Claims

1. Magnetooptischer Aufzeichnungsträger mit einem Substrat und einer amorphen, magnetisierbaren Seltenerd-Übergangsmetall- Legierungsschicht mit einer transparenten, dielektrischen Schicht auf mindestens einer Seite, wobei die dielektrische Schicht hydriertes Siliziumkarbid der Formel (SiCx)1-yHy umfaßt, wobei x größer ist als 1,0 und wobei y größer ist als Null.

2. Magnetooptischer Aufzeichnungsträger nach Anspruch 1, woboi die Seltenerd-Übergangsmetall-Legierungsschicht Eisen, Terbium und Kobalt umfaßt.

3. Magnetooptischer Aufzeichnungsträger nach Anspruch 1 oder 2, wobei y niedriger ist als 0,7.

4. Magnetooptischer Aufzeichnungsträger nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Brechungsindex der dielektrischen Schicht bei Wellenlängen zwischen 450 und 850 Nanometern größer oder gleich 2,0 und kleiner oder gleich 3,0 ist.

5. Magnetooptischer Aufzeichnungsträger nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der optische Extinktionskoeffizient der dielektrischen Schicht bei Wellenlängen zwischen 450 und 850 Nanometern niedriger als 0,15 ist.

6. Magnetooptischer Aufzeichnungsträger nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner mit einer reflektierenden Oberfläche, die so angeordnet ist, daß sie durch die magnetisierbare Legierungsschicht Licht reflektiert.

7. Verfahren zur Herstellung eines magnetooptischen Aufzeichnungsträgers mit einem Substrat und einer amorphen, magnetisierbaren Seltenerd-Übergangsmetall-Legierungsschicht mit einer transparenten, dielektrischen Schicht auf mindestens einer Seite der Seltenerd-Übergangsmetall-Legierungsschicht, wobei das Verfahren folgende Schritte umfaßt:

(A) Bereitstellung des Substrats;

(B) Ablagerung der amorphen, magnetisierbaren Seltenerd- Übergangsmetall-Legierungsschicht durch ein bekanntes Verfahren, so daß sich eine Schicht ergibt, die wirksam einen magnetooptischen Effekt erzeugt;

(C) Bereitstellung eines elektrisch leitfähigen Zerstäubungstargets, das Silizium und Kohlenstoff umfaßt; und

(D) Ablagerung einer dieelektrischen Schicht mit hydriertem Siliziumkarbid der Formel (SiCx)1-yHy, wobei x größer ist als 1,0 und wobei y größer ist als Null, wobei die Ablagerung von dem vorgesehenen Target durch Gleichstrom-Magnetronzerstäubung erfolgt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Gleichstrom- Magnetronzerstäubung bei einem Edelgaspartialdruck von weniger als 1,33 mPa (0,01 Torr) durchgeführt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei das Gleichstrom- Magnetronzerstäubungstarget Siliziumkarbid und Graphit umfaßt, und wobei der Schritt (C) ferner die Einführung einer Wasserstoffquelle in die Zerstäubungskammer umfaßt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei es sich bei der Wasserstoffquelle um Wasserdampf handelt.

11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Wasserdampf mit einem Partialdruck von weniger als 1,33 mPa 1x10&supmin;&sup5; Torr) eingeführt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei der magnetooptische Aufzeichnungsträger ferner eine reflektierende Oberfläche umfaßt, die so angeordnet ist, daß sie Licht durch die magnetisierbare Legierungsschicht reflektiert, und wobei das Verfahren ferner den folgenden Schritt umfaßt:

(E) Erzeugung der reflektierenden Oberfläche durch ein bekanntes Verfahren, so daß sich eine Schicht ergibt, welche durch eine Seltenerd-Übergangsmetall-Legierung wirksam polarisiertes Licht reflektiert.