DE69026910T2 - Verfahren zur Herstellung eines magnetooptischen Speichers - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines magnetooptischen SpeichersInfo
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Speicherung von Daten in binärer Form hinsichtlich ihrer Verwendung durch die verschiedenen Informatik- oder Videosysteme, die auf solche Speicher zurückgreifen.
- Man kennt generell die sogenannten magnetooptischen Speicher, die z.B. beschrieben sind in den Publikationen : "Amorphous transition metal-rare earth alloy films for magneto optic recording". Fred E. Luborsky, General Electric Corporate Research and development. Mat. res. soc. symp. Proc. Bd. 80, 1987, 5. 375) und "Die neuen Datenspeichertechniken" (Pour la Science, Dezember 1987, S. 64).
- Zunächst soll mit Bezug auf die Figuren 1 und 2 das bekannte Hauptprinzip solcher magnetooptischer Speicher in Erinnerung gerufen werden, wobei Figur 2 die magnetooptischen Scheibe der Figur 1 im vergrößerten Maßstab darstellt.
- Die Vorrichtung der Figur 1 umfaßt im wesentlichen eine sich um ihre Vertikalachse XY drehende Scheibe 2 aus magnetooptischem Material und ein Lese-/Schreib-System, umfassend eine Laserdiode 4, einen Polarisator 6, einen Analysator 8 und einen Detektor 10. Ein halbtransparenter Spiegel 12, um 45º geneigt, ist eingeschaltet in den Weg des Lichts von der Laserdiode 4 zu der Oberfläche der magnetooptischen Scheibe 2. Fokussierungslinsen 14 sind ebenfalls vorgesehen, nahe der magnetooptischen Scheibe 2. Das Beschreiben beziehungsweise das Lesen der Scheibe 2 erfolgt mit Hilfe des Lichts der Laserdiode 4, mit dem die Daten des magnetischen Trägers 2 geschrieben und gelesen werden können, der läschbar und wiederbeschreibbar ist. Zu diesem Zweck und zum Schreiben ist ebenfalls eine Magnetfeldspule 16 unter der Scheibe 2 vorgesehen, um diese letztere einem starken Magnetfeld vertikaler Achse auszusetzen, d.h. hier senkrecht zur Ebene der Scheibe 2. Das die Scheibe 2 bildende magnetische Material hat bei Umgebungstemperatur ein sehr starkes Koerzitivfeld, das aber bei hoher Temperatur rasch abnimmt. Wenn folglich unter der Einwirkung des durch die Diode 4 emittierten Laserstrahls ein Schreibbereich der Scheibe 2 stark erhitzt wird, nimmt dieses Koerzitivfeld in diesem Bereich stark ab, so daß das durch die Spule 16 aufgebaute Magnetfeld, dem die Scheibe ausgesetzt ist, ermöglicht, den erhitzten Teil magnetisch zu polarisieren und dem fraglichen Bereich eine Richtung senkrecht zu der Oberfläche der Scheibe 2 zu geben, aber in einer vorgeschriebenen und bekannten Richtung. Man stellt also fest, daß, wenn man ausgeht von einer magnetooptischen Scheibe, die vorher in einer einheitlichen Richtung senkrecht zur Oberfläche magnetisiert wurde (Figur 2), die Benutzung des schematischen Geräts der Figur 1 das Beschreiben von magnetisierten Bereichen Seite an Seite in einer zur Scheibe 2 senkrechten Richtung ermöglicht, deren Magnetisierung aber einmal gegen die Unterseite gerichtet ist und einmal gegen die Oberseite gerichtet ist (18 und 20, Fig. 2). Auf diese Weise realisiert man das Schreiben der beiden Binärziffern 0 und 1 auf der Oberfläche der Scheibe 2. In Figur 2 ist der Träger 22 aus Glas und eine reflektierende Schicht 24 vervollständigt die Struktur der optischen Speicherscheibe.
- Um diese Scheibe zu lesen, benutzt man entweder den Kerreffekt oder den Faradayeffekt, d.h. daß man jeden der Bereiche überwacht mit Hilfe des Systems aus Linsen 14 und halbtransparentem Spiegel 12, wobei mit Hilfe des Analysators 8 und des Detektors 10 untersucht wird, ob die Polarisationsebene, der das einfallende Licht durch den Polariator 6 unterworfen wurde, sich in dem reflektierten Strahl gedreht hat oder nicht, und in welche Richtung. Indem man so die Drehungen der Polarisationsebene der auf der Schicht reflektierten (Kerreffekt) oder nach Durchquerung der Schicht reflektierten (Faradayeffekt) Strahlung detektiert, bestimmt man für jeden geprüften Bereich, ob er der Einschreibung einer Binärziffer 0 oder einer Binärziffer 1 entspricht.
- Bezüglich der Datenspeicher auf der Basis von magnetischen Materialien wie Cr&sub2;O&sub3;, Fe&sub2;O&sub3;, FeNi etc., weisen die optischen Speicher eine bestimmte Anzahl von Charakteristika auf, die sie leistungsfähiger und folglich attraktiver machen. Unter diesen Leistungen kann man eine mindestens zehnmal höhere Speicherkapazität als die der Magnetspeicher nennen sowie ein leichtes optisches Lesen und einen relativ weit von der Scheibe entfernten Lesekopf (z.B. in der Größenordnung eines Millimeters), was das Risiko einer Oberflächenschädigung der Speicher beträchtlich reduziert, das bei den vorhergehenden Magnetspeichern vorhanden war. Außerdem sind die optischen Speicher relativ unempfindlich gegenüber Stäuben und können auf herausnehmbaren Scheiben oder Trägern hergestellt werden.
- Die meisten der bis heute hergestellten Scheiben oder magnetooptischen Speicher sind aus amorphen Materialien des Typs "seltene Erden-übergangsmetalle" wie z.B. die Zusammensetzung Gd- Tb-Fe gefertigt.
- Die Anmelderin hat herausgefunden, daß es möglich ist, die Leistungen der magnetooptischen Speicher noch zu erhöhen, indem man als sensibles Material Oxide verwendet (ferrimagnetische Granate, Hexaferrite, Spinellferrite), jedoch unter der Bedingung, daß sie in kristalliner Form auf dem Träger abgeschieden sind. Unter diesen Bedingungen weisen die vorhergehenden Oxide folgende Vorteile auf;
- - sie haben eine sehr gute chemische Widerstandsfähigkeit, während die amorphen Metalle oxidierbar sind;
- - ihre magnetooptischen Eigenschaften sind überlegen (die Faraday- Rotation ist größer als 5.106 Rotationsgrade pro Meter durchguerter empfindlicher Schicht);
- - man kann sie ebenfalls bei kleineren Wellenlängen verwenden und folglich eine größere Aufzeichnungsdichte erhalten. Es ist z.B. einfach, mit solchen Speichern mittels eines Lichts der Wellenlänge SOONM zu arbeiten.
- Schließlich setzt ihre Festigkeit nicht das Vorhandensein einer Schutzschicht voraus.
- Selbstverständlich jedoch verursacht die Herstellung solcher Speicher mit kristallisiertem Oxid, dessen Kristallisationstemperatur sehr hoch ist (Tc> 500ºC), das Problem der Temperaturverträglichkeit des Trägers, da er während der Kristallisation Temperaturen dieser Größenordnung aushalten muß.
- Das Dokument DE-A-3 519 070 beschreibt eine Struktur zum Schreiben von magnetooptischen Daten, vorgesehen auf einer Leitspur für den Laserstrahl. Diese Struktur wird hergestellt auf einem gegen hohe Temperaturen widerstandsfähigen Träger, wobei eine Wärmeisolationsschicht vorgesehen werden kann. Die empfindliche Schicht kann aus Metalloxid sein, kristallisiert durch eine Wärmebehandlung bei 600 bis 650ºC während der Dauer von 2 Stunden.
- Die vorliegende Erfindung hat genau ein Herstellungsverfahren solcher magnetooptischer Speicher zum Gegenstand, das mit Hilfe einfach verwendbarer Mittel ermöglicht, die vorhergehenden Probleme zu lösen und vor allem gewöhnliche Glasträger zu verwenden, die keine hohen Temperaturen aushalten.
- Dieses Herstellungsverfahren eines magnetooptischen Speichers umfaßt auf einem keine hohen Temperaturen aushaltenden Träger wie Glas, Metall oder Kunststoff eine plane sensible Schicht 21 aus magnetooptischem Material, beschreibbar in jedem Punkt durch eine der beiden Binärziffern 0 und 1 in Form von kleinen Bereichen, die nebeneinander liegen und senkrecht zu der Ebene der Schicht bezüglich dieser in einer der beiden möglichen Richtungen magnetisiert werden, wenigstens eine reflektierende Schicht 28 und/oder eine einen Wärmeschirm bildende Schicht 30, eingefügt zwischen den Träger 22 und die sensible Schicht 21, wobei die sensible Schicht 21 erzeugt wird durch Sputtern oder ein anderes Abscheidungsverfahren eines magnetischen Oxids, gewählt aus der Gruppe, die die Spinellferrite, die Hexaferrite und die ferrimagnetischen Granate enthält, und dieser Abscheidung eine Kristallisation des amorphen Teils folgt, mit Hilfe eines Schnelltemperns in der Größenordnung von einigen Sekunden mit einer Temperatur enthalten zwischen 600ºC und 650ºC.
- Das wesentliche Mittel des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht aus einem Wärmeschutz dieses Trägers, z.B. einer reflektierenden Schicht aus einem Metall wie Cr, Al, oder Ti und einer Wärmeschirmschicht aus SiO&sub2;. So hat das Schnelltempern bei einer Temperatur in der Größenordnung von 650ºC oder mehr, das gewährleistet, daß die Gesamtheit der durch Sputtern oder eine andere Abscheidung abgeschiedenen magnetischen Oxide gut kristallisiert sind, keine abträglichen Folgen auf den Träger des Speichers, auch dann nicht, wenn er thermisch labil ist. Es ist vorteilhaft, dieses Schnelltempern innerhalb einiger Sekunden mit modulierter Leistung durchzuführen.
- Erfindungsgemäß kann man die thermischen Bedingungen des Schnelltemperns noch verbessern, indem man das magnetooptische Material auf einer gekühlten Platte anordnet, die dann eine Wärmesenke bildet, die wirksam einen Teil der Kalorien absorbiert, welche die zum Schnelltempern benutzten Lampen entwickeln.
- Nach einer wichtigen Charakteristik der vorliegenden Erfindung entsprechen die zur Bildung der sensiblen Schicht verwendeten Spineilferrite der allgemeinen Formel AxByFe&sub2;O&sub4;, wobei in dieser Formel
- x+y=1 ist, und
- A und B ausgewählt werden unter den folgenden Metallen: Ni, Mn, Zn, Fe, Co, Cu, Mg und Li und den substituierten Verbindungen.
- Nach einer anderen Charakteristik des Verfahrens, wenn die für die sensible Schicht verwendeten Oxide Hexaferrite sind, entsprechen diese der allgemeine Formel AyA'zBxFe12-xO&sub1;&sub9;, wobei in dieser Formel
- y+z=1 ist, und
- A und A' ausgewählt werden unter den folgenden Verbindungen: Ba, Sr, Bi, La, Pb, Sc.
- B wird ausgewählt unter den folgenden Metallen: Co, Mn, Ti, Zn, Al, Cu, Ga und den Verbindungen mit Substitution des Eisens.
- Schließlich, wenn die verwendeten Oxide ferrimagnetische Granate sind, entsprechen sie der allgemeinen Formel AxByFe5-zCzO&sub1;&sub2;, wobei in dieser Formel
- x+y=3 ist,
- A eine seltene Erde oder Yttrium ist,
- B ausgewählt wird zwischen Bi und Ca,
- C ausgewählt wird zwischen den folgenden Metallen: Al, Ga, Si, Ge, Sc, Tl.
- Nun werden einige Beispiele von praktischen Modalitäten der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben, wobei diese Beschreibung vor allem erläuternd und nicht einschränkend ist und sich auf die beigefügten Figuren 3 bis 5 bezieht:
- - die Figur 3 zeigt eine magnetooptische Schicht auf ihrem Substrat, versehen mit einer reflektierenden Schicht und einer Wärmeschirmschicht;
- - die Figur 4 zeigt das Schema einer möglichen Anlage für die schnelle Erhitzung mittels Lampe;
- - die Figur 5 stellt ein Schnelltemperprogramm mit modulierter Leistung dar.
- In Figur 3 ist eine magnetooptische Schicht 21 und ihr Glassubstrat 26 dargestellt. Zwischen der magnetooptischen Schicht 21 und dem Substrat 26 befinden sich erfindungsgemäß eine reflektierende Schicht 28 aus einem Metall, ausgewählt z.B. unter Chrom, Aluminium und Titan, und als 30 eine Schicht aus Siliciumdioxid SiO&sub2;, die während der Kristallisationsoperation der abgeschiedenen Oxide den Wärmeschirm zum Schutze des Substrats 26 bildet.
- Die Figur 4 stellt schematisch eine Schnellerhitzungsanlage mittels Lampe dar, um die Temperoperation durchzuführen. In dieser Figur wird eine magnetooptische Scheibe 2 mit einer Heizlampenreihe 32 bestrahlt und befindet sich auf einer Platte 34, die z.B. durch einen Wasserfluß gekühlt wird und eine Wärmesenke darstellt, die nach Bedarf die von der Lampenreihe 32 stammenden Kalorien absorbieren kann, die die magnetooptische Scheibe 2 durchdrungen haben.
- In Figur 5 ist ein Schnelltemperprogramm mit zeitabhängig modulierter Leistung dargestellt. Die in Sekunden gemessene Zeit ist in Abszissenwerten angegeben, und die in die magnetooptische Scheibe diffundierte Wärmeleistung in Ordinatenwerten. Wie die Figur zeigt, entwickeln sich die der Leistung aufgezwungenen Modulationen mittels Impulsen in der Größenordnung einer Sekunde, in deren Verlauf die Leistung zwischen 100% und 50% ihres Maximalwerts pendelt. Eine solche Modulation der Leistung ermöglicht im allgemeinen bei einer Temperatur von mehr als 500ºC und meistens um 650ºC eine vollständige Kristallisierung in der Masse der durch Sputtern abgeschiedenen Oxide, ohne dabei zu einer Zerstörung des Trägers zu führen.
- Erfindungsgemäß können die vorhergehend beschriebenen, erfindungsgemäßen magnetooptischen Speicherscheiben falls nötig eine magnetooptische Schicht auf ihren beiden Seiten erhalten.
- Indem man die Temperparameter variiert (Maximalleistung, Modulation dieser Maximalleistung, etc...), kann man die kristalline Beschaffenheit der magnetooptischen Schicht innerhalb eines großen Bereichs vorteilhaft variieren und vor allem die Granulometrie dieser Schicht. Je schneller nämlich die Temperoperationen sind, um so kleiner werden die Korngrößen dieser Schicht, was in bestimmten Fällen die magnetooptischen Qualitäten dieser Schicht beträchtlich erhöht. Außerdem ist es möglich, durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens Schichten zu erhalten, die eine große Homogenität aufweisen.
- Beispielsweise wurden magnetooptische Speicher nach dem erfindungsgemäßen Verfahren unter den folgenden Bedingungen hergestellt:
- - Die Operation des Sputterns wurde entweder mit Gleichstrom oder mit Hochfrequenz durchgeführt und die Targets waren Scheiben von ungefähr 100 mm Durchmesser. Sie wurden ebenso wie die sensible Schicht gebildet durch die Verbindung Bi&sub2;DyGa0,3Fe4,7O&sub1;&sub2;. Das Restvakuum vor dem Sputtern erreichte 2.10&supmin;&sup7; mTorr und die Atmosphäre war zusammengesetzt aus Argon und Sauerstoff in einem Verhältniss von 8 zu 1. Die benutzte Hochfrequenzleistung betrug 3,8 W/cm² und die Abscheidungsgeschwindigkeit 0,75 µm/h.
- - Die Temperatur des Abscheidungssubstrats wurde mit 300ºC gewählt, um eine amorphe Abscheidung zu erhalten.
- - Die Schnelltemperoperation wurde ausgeführt mit Hilfe eines Ofens mit Wolframglühdrahtlampen oder mit Hilfe eines Argonlaserstrahls, wobei der Träger auf einer die Rolle eine Wärmesenke spielenden gekühlten Platte ruhte. Der Lichtimpuls hatte eine zeitabhängig modulierte Leistung gemäß dem in Figur 5 dargestellten Programm.
- Man erhielt so eine Gesamtkristallisation der magnetooptischen Schicht ohne jegliche Zerstörung des das Substrat bildenden Glases.
Claims (4)
1. Verfahren zur Herstellung eines magnetooptischen
Speichers, umfassend, auf einem gegen hohe Temperaturen nicht
widerstandsfähigen Träger (22) wie Glas, Metall oder Kunststoff,
eine ebene sensible Schicht (21) aus magnetooptischen Material,
beschreibbar in jedem Punkt durch eine der beiden Binärziffern
und 1 in Form von kleinen Bereichen, die nebeneinanderliegen und
senkrecht zu der Ebene der Schicht bezüglich dieser in einer der
beiden möglichen Richtungen magnetisiert sind, wenigstens eine
reflektierende Schicht (28) und/oder eine einen Wärmeschirm (30)
bildende Schicht, eingefügt zwischen den Träger (22) und die
sensible Schicht (21), wobei die sensible Schicht (21) erzeugt
wird durch Sputtern oder ein anderes Abscheidungsverfahren eines
magnetischen Oxids, gewählt aus der Gruppe, die die
Spinellferrite, die Hexaferrite und die ferrimagnetischen Granate
enthält, wobei der vorhergehenden Abscheidung eine Kristallisation
des amorphen Teils folgt, mit Hilfe eines Schnelltemperns in der
Größenordnung von einigen Sekunden mit einer zwischen 600ºC und
650ºC enthaltenen Temperatur.
2. Herstellungsverfahren eines magnetooptischen
Speichers nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Tempern
ein Schnelltempern mittels Lampen ist, wobei die sensible Schicht
aus magnetooptischem Material auf einer gekühlten Platte (34)
angeordnet ist, die eine Wärmesenke zum Absorbieren der Kalorien
bildet.
3. Herstellungsverfahren eines magnetooptischen
Speichers nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das
Schnelltempern innerhalb einiger Sekunden mit modulierter Leistung
stattfindet.
4. Herstellungsverfahren eines magnetooptischen
Speichers nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die reflektierende Schutzschicht (28) des
Trägers (26) aus Metall ist, und dadurch, daß die
Wärmeschildschicht aus Siliciumdioxid ist.
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