DE69811958T2

DE69811958T2 - Wiederbeschreibbare optische datenspeicherplatte mit verbessenter planheit

Info

Publication number: DE69811958T2
Application number: DE69811958T
Authority: DE
Inventors: R. Sandstrom
Original assignee: Imation Corp
Current assignee: GlassBridge Enterprises Inc
Priority date: 1998-01-06
Filing date: 1998-04-10
Publication date: 2003-12-18
Anticipated expiration: 2018-04-11
Also published as: EP1046162A1; CN1145157C; EP1046162B1; CN1285949A; WO1999035642A1; US5972461A; DE69811958D1; JP2002501273A; US6180201B1

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung betrifft wiederbeschreibbare optische Datenspeichermedien, einschließlich magnetooptischer Disketten zur Verwendung zum Nahfeldaufzeichnen auf dem Luftweg.

HINTERGRUNDINFORMATIONEN

Beim magnetooptischen Aufzeichnen werden Daten als eine magnetisierte Domäne auf einem magnetisierbaren Aufzeichnungsmedium, wie z. B. einer Diskette, dargestellt. Jede Domäne ist eine ein Datenbit repräsentierende stabile magnetisierbare Datenstelle. Daten werden durch Anlegen eines fokussierten Hochintensitätslichtstrahls in Gegenwart eines Magnetfelds auf das Medium geschrieben. Die Diskette weist typischerweise ein Substrat, eine magnetooptische Aufzeichnungsschicht, eine Reflexionsschicht und zwei oder mehr dielektrische Schichten auf.
Beim Aufzeichnen über das Substrat durchläuft der Strahl das Substrat, bevor er die Aufzeichnungsschicht erreicht. Die Reflexionsschicht in einem Medium zum Aufzeichnen über das Substrat ist auf einer dem Substrat gegenüberliegenden Seite der Aufzeichnungsschicht ausgebildet. Die Reflexionsschicht reflektiert den Strahl zu der Aufzeichnungsschicht zurück, wodurch die Gesamtbestrahlung und -absorption erhöht werden.
Beim Nahfeldaufzeichnen auf dem Luftweg durchläuft der Strahl nicht das Substrat. Stattdessen trifft der Strahl von einer dem Substrat gegenüberliegenden Seite der Diskette auf die Aufzeichnungsschicht auf. Bei einem Medium zum Aufzeichnen auf dem Luftweg ist die Reflexionsschicht benachbart zu dem Substrat ausgebildet. Eine massive Immersionslinse (SIL) kann zum Senden des Strahls über einen extrem dünnen Luftspalte und durch den oberen Teil des Aufzeichnungsmediums zu der Aufzeichnungsschicht verwendet werden. Die SIL kann mit einer berührungslosen Magnetkopfanordnung ausgebildet sein. Der Luftspalt bildet ein Lager, über das der berührungslose Kopf während des Betriebs läuft. Beim Nahfeldaufzeichnen ist die Dicke des Luftspalts kleiner als eine Wellenlänge des Aufzeichnungsstrahls. Das Senden des Strahls erfolgt durch ein als abklingende Kopplung bekanntes Verfahren.
Sowohl beim Aufzeichnen über das Substrat als auch beim Aufzeichnen auf dem Luftweg erwärmt der Aufzeichnungsstrahl zum Bilden einer magnetisierbaren Domäne einen eingegrenzten Bereich des Aufzeichnungsmediums über seine Curie-Temperatur. Die Domäne kann in Gegenwart eines Magnetfelds abkühlen. Das Magnetfeld überwindet das entmagnetisierende Feld des orthogonalen anisotropen Aufzeichnungsmediums und bewirkt dadurch, dass die eingegrenzte Domäne eine bestimmte Magnetisierung annimmt. Die Richtung des Magnetfelds und die daraus resultierende Magnetisierung bestimmen die in der Domäne repräsentierten Daten.
Bei Strahlmodulations-Aufzeichnungsverfahren wird das Magnetfeld für einen Zeitraum in einer vorgegebenen Richtung aufrechterhalten, da die Strahlleistung selektiv über das Aufzeichnungsmedium moduliert wird, um die gewünschte Magnetisierung in bestimmten Domänen zu erreichen. Bei Magnetfeldmodulations- (MFM-) Aufzeichnungsverfahren wird der Strahl kontinuierlich über das Aufzeichnungsmedium geführt, während das Magnetfeld selektiv moduliert wird, um die gewünschte Magnetisierung zu erreichen. Alternativ kann der Strahl bei einer hohen Frequenz in Abstimmung mit der Modulation des Magnetfelds gepulst werden.
Zum Lesen der aufgezeichneten Daten legt das Laufwerk einen linear polarisierten Lesestrahl mit geringerer Stärke an das Aufzeichnungsmedium an. Beim Senden durch das und/oder Reflektieren von dem Aufzeichnungsmedium erfährt der linear polarisierte Lesestrahl eine Kerr-Drehung beim Polarisieren. Der Kerr-Drehwinkel variiert in Abhängigkeit von der Magnetisierung des eingegrenzten Bereichs. Ein optischer Detektor empfängt den Lesestrahl und übersetzt den Kerr-Drehwinkel in einen entsprechenden Bitwert.
Das Maß an Datenspeicherkapazität für eine vorgegebene magnetooptische Diskette hängt von der räumlichen Dichte der Domänen auf der Diskette und dem effektiven Aufzeichnungsflächenbereich der Diskette ab. Eine größere räumliche Dichte führt zum Vorhandensein von mehr Daten pro Flächenbereichseinheit. Ein größerer Aufzeichnungsflächenbereich führt natürlich zu einer größeren Speicherkapazität bei einer vorgegebenen räumlichen Dichte. Der Aufzeichnungsflächenbereich ist jedoch durch die Diskettengröße begrenzt. Die Diskettengröße ist teilweise durch den Flächenbedarf des Laufwerks begrenzt. Die räumliche Dichte wird primär durch die Lichtfleckgröße des Laufwerkslasers begrenzt. Mit anderen Worten: die räumliche Dichte ist eine Funktion der Fähigkeit des Laufwerks, einen Strahl gleichbleibend auf immer kleinere Domänen zu leiten. Insbesondere die Nahfeldaufzeichnung auf dem Luftweg besitzt das Potential zum Herstellen extrem kleiner Lichtfleckgrößen mittels der abklingenden Kopplung und der daraus resultierenden hochnumerischen Apertur, wodurch eine größere räumliche Dichte und eine größere Datenspeicherkapazität geboten werden.
In EP 0 588 647 ist ein magnetooptisches Medium zum Aufzeichnen über das Substrat beschrieben, wobei das Medium unterschiedliche Schichten einschließlich einer Substratschicht aufweist. EP 0 588 647 betrifft die Flächenrauhigkeit einer Schutzschicht. Die Dicke der Substratschicht liegt gemäß der Beschreibung im Bereich von 0,3 bis 5 mm und insbesondere im Bereich von 0,8 bis 1,5 mm, damit Staub, der an der Substratfläche haftet, den Laserstrahl nicht beeinträchtigt.
In EP 0 399 532 und EP 0 541 376 sind die Typen von optischen Medien zum Aufzeichnen über das Substrat beschrieben, wobei dargestellt ist, dass die Dicke des Substrats nicht kritisch ist, solange sie im Bereich von 0,5 bis 5,0 mm und insbesondere 1,0 bis 2,0 mm liegt. Ferner sind in US 4 741 967 ein Glas- und ein Acrylsubstrat mit einer Dicke von 1,1 mm bzw. 1,2 mm und ein Aluminiumsubstrat mit einer Dicke von 1,5 mm beschrieben.
In EP-A-0 613 127, die als dem Stand der Technik am nächsten kommend angesehen wird, ist eine magnetooptische Diskette für auf dem Luftweg erfolgende Aufzeichnung mit einem 1,2 mm dicken Substrat beschrieben.

ZUSAMMENFASSENDER ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft eine auf dem Luftweg wiederbeschreibbare optische Datenspeicherdiskette mit einem Substrat mit größerer Dicke, die größer als 1,5 mm und kleiner oder gleich 2,5 mm ist. Die größere Dicke des Substrats verbessert die Ebenheit der Aufzeichnungsdiskette relativ zu einer Aufzeichnungsebene. Insbesondere werden durch die größere Dicke prozessinduzierte Flächenveränderungen, wie z. B. Verwölbungen und Neigungen, reduziert und der Diskette eine größere Steifigkeit verliehen, damit sie einem Durchbiegen während der Benutzung standhält. Die verbesserte Ebenheit ermöglicht es, dass Daten bei größerer räumlicher Dichte durch Anwenden von Verfahren, wie z. B. auf dem Luftweg erfolgende Nahfeldaufzeichnung, gleichbleibend auf die Diskette aufgezeichnet werden. Die daraus resultierende Diskette bietet eine größere räumliche Dichte und Datenspeicherkapazität.
Ebenheit bedeutet die Fähigkeit der Eintrittsfläche der Diskette, eine im wesentlichen konstante Position relativ zu einer Aufzeichnungsebene aufrechtzuerhalten, auf die der Laufwerkslaserstrahl fokussiert wird. "Eintritts"-Fläche bedeutet diejenige Fläche der Diskette, durch die der Stahl in die Diskette eintritt. Ein Abweichen der Diskettenfläche von der Aufzeichnungsebene kann die Fähigkeit des Laufwerkslasers zum Fokussieren auf einzelne Domänen beeinträchtigen, insbesondere bei größeren räumlichen Dichten. Diese Abweichung wird durch die Tatsache verstärkt, dass sich die Diskette bei Verwendung in einem Laufwerk kontinuierlich dreht. Bei Nahfeldanwendungen wird z. B. erwartet, dass Laufwerke Disketten mit Drehzahlen in der Größenordnung von 2400 bis 3600 Umdrehungen pro Minute (UpM) drehen können. Folglich verändert sich derjenige Teil der Diskette, auf den der Aufzeichnungskopf gerichtet ist, konstant und schnell.
Beim auf dem Luftweg erfolgenden Nahfeldaufzeichnen wird die Größe und die Fokalebene eines Aufzeichnungsflecks primär von der Dicke des -Luftlagers, das den Aufzeichnungskopf von der Diskettenfläche trennt, bestimmt. Wenn die Position der Diskettenfläche nicht gleichmäßig ist, kann die Dicke des Luftlagers variieren. Schwankungen in der Dicke des Luftlagers können zu einem sich verändernden Fokus und einer sich verändernden Lichtfleckgröße auf der Diskette führen. Insbesondere bestimmt die Dicke des Luftspalts das Maß an von der Aufzeichnungsschicht über die abklingende Kopplung empfangener Strahlung. Eine beträchtliche Veränderung der Lichtfleckgröße und des Fokus kann die Fähigkeit des Lasers, gleichbleibend extrem kleine Domänen anzusprechen, beeinträchtigen. Ferner kann eine übermäßige Flächenungleichförmigkeit der Diskette plötzliche Veränderungen der Dicke des Luftlagers bei aufeinanderfolgenden Domänen und einen daraus resultierenden Verlust an Ortungsleistung bewirken. In Extremfällen können Zusammenstöße mit dem Kopf, d. h. ein physischer Kontakt des Kopfs mit der Diskette, erfolgen. Somit kann eine inakzeptable Ebenheit zu einem Ausfall des Diskettenlaufwerks führen.
Die Fläche der Diskette kann aus vielerlei Gründen von der Aufzeichnungsebene abweichen. Bei dem Diskettenherstellprozess kann z. B. eine Verwölbung oder Neigung in der Diskette erzeugt werden. Bei dünneren Substraten können insbesondere die Effekte der Schwerkraft und Wärmegradienten während der Abkühlphase nach dem Formen eine ungleichmäßige Verdichtung und unausgewogene Wärmebelastungen in unterschiedlichen Bereichen der Disketten bewirken. Teile der Diskette, die der Formfläche am nächsten liegen, kühlen z. B. schneller ab. Verwölbung und Neigung der Diskette sind das Ergebnis.
Gemäß der allgemeinen Bedeutung bezieht sich Verwölbung auf eine Krümmung der Diskettenfläche. Bei einer verwölbten Diskette kann die Neigung sowohl in der radialen als auch in der Winkelposition variieren. Neigung bezieht sich auf die Abweichung der Ebenheit der Diskettenfläche relativ zu einer idealen Diskettenebene und wird durch folgende Gleichung dargestellt:
T = (∂z/∂r)i+(∂z/∂θ)j,
wobei r die radiale Position der Diskette ist, bei der eine Neigung gemessen wird, z die Abweichung der Diskette in einer zu der idealen Flächenebene senkrechten Richtung ist, wie als Funktion f(r, θ) dargestellt, und θ die Winkelposition der Diskette ist, bei der die Neigung gemessen wird. Somit sind Verwölbung und Neigung Ausdrücke, die generell zum Kennzeichnen einer Abweichung der Diskette von einer idealen Diskettenebene verwendet werden können.
Zusätzlich zu den bei der Herstellung hervorgerufenen statischen Abweichungen sind Disketten mit dünneren Substraten auch anfällig für Durchbiegungen in Reaktion auf Kräfte, die während des Laufwerkbetriebs auftreten. Solche Kräfte können z. B. aus einem unbeabsichtigten Kontakt des Kopfs mit der Diskettenfläche oder durch das Drehen der Diskette hervorgerufenen Vibrationen resultieren. Zusammenstöße mit dem Kopf können insbesondere aus dem Aufbringen von Stoßlasten resultieren, wenn die Diskette und das Laufwerksystem zusammenstoßen oder herunterfallen. Ferner übt der Kopf zum berührungslosen Bewegen während des Betriebs einen Druck auf das Luftlager aus. Dieser auf das Lager aufgebrachte Druck wird auf die Diskette übertragen und verursacht möglicherweise eine Durchbiegung.
Die Durchbiegung variiert generell über den Flächenbereich der Diskette. Insbesondere kann während der Benutzung eine Durchbiegung am Außendurchmesser der Diskette ausgeprägter sein. Die Diskette wird von einem dem Laufwerk zugeordneten Kupplungsmechanismus relativ fest gehalten. Die Diskette wird von einem dem Kupplungsmechanismus zugeordneten Spindelmotor gedreht. Die Radien der Diskettenebene bilden Strahlelemente relativ zu der feststehenden Mitte der Diskette. Jedes Strahlelement erfährt eine größere Durchbiegung am Außendurchmesser als am Innendurchmesser der Diskette. Somit kann sich die Abweichung der Diskettenfläche von der Aufzeichnungsebene aufgrund einer Durchbiegung progressiv vom Innendurchmesser nach außen vergrößern. In jedem Fall passt sich die Diskettenfläche möglicherweise beim Drehen nicht eng an die Aufzeichnungsebene an.
Bekannte räumliche Dichten von optischen Disketten tolerieren normalerweise einen gewissen Grad an Fokussierfehlern und werden daher nicht stark durch Schwankungen in der Ebenheit beeinträchtigt. Ferner weisen für die Aufzeichnung durch das Substrat vorgesehene bekannte Laufwerke in dem Maße, in dem ein Fokussierfehler ein Problem darstellt, eine geschlossene Fokuseinstellung über die Diskettenfläche auf. Bei größeren räumlichen Dichten können Flächenabweichungen jedoch die Fähigkeit des Laserlaufwerks zum gleichbleibenden Schreiben und Lesen auf einzelne und von einzelnen Domänen auf der Diskette beeinträchtigen. Bei neueren Aufzeichnungsverfahren, wie z. B. der durch die Luft erfolgenden Nahfeldaufzeichnung, kann eine einzelne Diskette möglicherweise Daten bis zu 20 Gigabytes (GB) über den Diskettenbereich mit einem Durchmesser im Bereich von 120 bis 135 mm enthalten. In diesem Fall muss die Diskette in der Lage sein, stabile magnetisierte Domänen in der Größenordnung von 0,05 bis 0,06 Quadratmikrometer pro Domäne bereitzustellen.
Größere räumliche Dichten erlauben möglicherweise nur eine sehr kleine, wenn überhaupt eine Toleranz für einen durch eine Abweichung in der Ebenheit hervorgerufenen Fokussierfehler. Ferner erlaubt das beim Nahfeldaufzeichnen auf dem Luftweg angewandte Verfahren mit der abklingenden Kopplung keine einfache Fokuseinstellung. Vielmehr ist die Dicke des Luftlagers der bestimmende Faktor beim Bestimmen der Lichtfleckgröße und der Fokalebene des Strahls. Bei beträchtlicher Diskettenverwölbung, -neigung und/oder -durchbiegung kann die Dicke des Luftlagers bis zu einem unerwünschten Grad variieren. Infolgedessen kann der Nahfeldaufzeichnungskopf einen Fokussierfehler und/oder einen Verlust an Ortungsleistung erleiden. Entsprechend ist die Ebenheit eine kritische Bedingung in einem hochdichten Aufzeichnungssystem, wie z. B. einem Nahfeldaufzeichnungssystem.
Bei der erfindungsgemäßen Diskette bietet die größere Dicke des Substrats eine wesentlich verbesserte Ebenheit durch Erhöhung der Steifigkeit und des Gewichts der Diskette. Die größere Steifigkeit ermöglicht es der Diskette, einer Durchbiegung während des Diskettenlaufwerkbetriebs effektiv standzuhalten. Das höhere Gewicht und die daraus resultierende Gravität der Diskette wirken auch Kräften entgegen, die andernfalls eine beträchtliche Verwölbung und Neigung während der Herstellung hervorrufen würden. Substratdicken, die größer sind als 1,5 Millimeter (mm), bieten die Steifigkeit und das Gewicht, die erforderlich sind, um die gewünschte Ebenheit über den Flächenbereich der Diskette, d. h. vom Innen- zum Außendurchmesser, zu erreichen.
Substratdicken, die größer sind als ungefähr 2,5 mm, bieten die erforderliche Steifigkeit und das erforderliche Gewicht, können jedoch die Kosten und die Zeit für den Herstellungsprozess erhöhen. Materialkosten für Diskette und Laufwerk und eine zu lange Abkühlzeit nach dem Formen führen dazu, dass Substratdicken von kleiner oder gleich 2,5 mm vorteilhafter sind. Substratdicken von mehr als 2,5 mm können zu einer schwereren Diskette führen, die einen größeren Energieverbrauch und Antriebsmotoren mit höherer Leistung zum Drehen der Diskette erforderlich macht. Bei einem vorgegebenen Motor erzeugt die schwerere Diskette eine übermäßige Trägheit und Bewegungsenergie, wodurch die Drehbeschleunigungs- und -verlangsamungszeit verlangsamt und die Datenzugriffszeit verlängert wird.
Daher ist es wünschenswert, dass das Substrat eine Dicke aufweist, die größer als 1,5 mm und kleiner oder gleich ungefähr 2,5 mm ist. Insbesondere hat bei einer Diskette mit einem Durchmesser im Bereich von ungefähr 120 bis 135 mm das Substrat vorzugsweise eine Dicke von mehr als oder gleich ungefähr 1,8 mm und weniger als oder gleich ungefähr 2,2. Ein Substrat mit einer Dicke von mehr als oder gleich ungefähr 1,9 und weniger als oder gleich ungefähr 2,1 mm wird noch stärker bevorzugt, wobei eine Substratdicke von ungefähr 2 mm unter Berücksichtigung der Leistungs- und Herstellungsfaktoren als optimal angesehen wird.
Wie hier ausführlich beschrieben, stellt die vorliegende Erfindung eine wiederbeschreibbare optische Datenspeicherdiskette mit einem Substrat und einer Aufzeichnungsschicht bereit, wobei das Substrat eine Dicke von mehr als 1,5 mm und weniger als oder gleich 2,5 mm aufweist.
Bei einer weiteren Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung eine magnetooptische Diskette zur Aufzeichnung auf dem Luftweg bereit, die in folgender Reihenfolge aufweist: ein Substrat, eine Reflexionsschicht, eine erste dielektrische Schicht, eine Aufzeichnungsschicht und eine zweite dielektrische Schicht, wobei Substrat eine Dicke im Bereich von 1,5 bis 2,5 mm aufweist.
Bei einer dritten Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung ein System zum auf dem Luftweg erfolgenden magnetooptischen Aufzeichnen bereit, wobei das System aufweist: eine magnetooptische Diskette mit einem Substrat und einer Aufzeichnungsschicht, eine Strahlungsquelle, die derart angeordnet ist, dass ein Strahl von einer dem Substrat gegenüberliegenden Seite auf die magnetooptische Aufzeichnungsschicht gerichtet ist, und einen Detektor, der derart angeordnet ist, das er eine reflektierte Komponente des Strahls empfängt und aufgrund des Kontakts des Strahls ein Datensignal erzeugt, wobei das Substrat eine Dicke von mehr als 1,5 mm und weniger als oder gleich 2,5 mm aufweist.
Bei einer vierten Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung ein System zum auf dem Luftweg erfolgenden magnetooptischen Aufzeichnen mit einer magnetooptischen Diskette bereit, die in folgender Reihenfolge aufweist: ein Substrat, eine Reflexionsschicht, eine erste dielektrische Schicht, eine Aufzeichnungsschicht und eine zweite dielektrische Schicht, eine Strahlenquelle, die derart angeordnet ist, dass ein Strahl von einer dem Substrat gegenüberliegenden Seite der Diskette auf die Aufzeichnungsschicht gerichtet ist, und einen Detektor, der derart angeordnet ist, dass er eine reflektierte Komponente des Strahls empfängt und aufgrund des Kontakts des Strahls ein Datensignal erzeugt, wobei das Substrat eine Dicke im Bereich von 1,5 bis 2,5 mm aufweist.
Bei einer fünften Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer auf dem Luftweg beschreibbaren magnetooptischen Diskette bereit, wobei das Verfahren das Ausbilden eines Substrats mit einer Dicke zwischen 1,5 mm und 2,5 mm, das Ausbilden einer Reflexionsschicht über dem Substrat, das Ausbilden einer ersten dielektrischen Schicht über der Reflexionsschicht, das Ausbilden einer Aufzeichnungsschicht über der ersten dielektrischen Schicht und das Ausbilden einer zweiten dielektrischen Schicht über der Aufzeichnungsschicht umfasst.
Weitere Vorteile, Merkmale und Ausführungsformen werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung und der Patentansprüche offensichtlich.

BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt einer magnetooptischen Aufzeichnungsdiskette mit einem Substrat mit größerer Dicke;
Fig. 2 zeigt eine perspektivische Draufsicht der in Fig. 1 gezeigten magnetooptischen Aufzeichnungsdiskette;
Fig. 3 zeigt ein Balkendiagramm mit Darstellung der Veränderung der prozessinduzierten Neigung von Disketten mit unterschiedlichen Substratdicken;
Fig. 4 zeigt eine grafische Darstellung der Veränderung der Durchbiegung von Disketten mit unterschiedlichen Substratdicken; und
Fig. 5 zeigt eine grafische Darstellung der Veränderung der erforderlichen Abkühlzeit von Disketten, die mit unterschiedlichen Substratdicken geformt sind.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt einer wiederbeschreibbaren optischen Datenspeicherdiskette 10 mit einem Substrat 12 mit größerer Dicke gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Diskette 10 kann z. B. eine magnetooptische Aufzeichnungsdiskette sein. Bei dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel ist die Diskette 10 für auf dem Luftweg erfolgende Aufzeichnungen konfiguriert und weist in folgender Reihenfolge auf: ein Substrat 12, eine Reflexionsschicht 14, eine erste dielektrische Schicht 16, eine Aufzeichnungsschicht 18, eine zweite dielektrische Schicht 20 und eine dritte dielektrische Schicht 22. Fig. 1 dient nur der Erläuterung und ist nicht maßstabgetreu. Die dielektrischen Schichten 16,20 kapseln die Aufzeichnungsschicht 18 ein und schützen sie vor Reaktanten. Es kann wünschenswert sein, dass die dielektrische Schicht 22 die Diskette 10 optisch abstimmt, diese Schicht ist wahlweise vorgesehen. Die Reflexionsschicht 14 ist ebenfalls wahlweise zur verbesserten optischen und Wärmeempfindlichkeit vorgesehen.
Fig. 2 zeigt eine perspektivische Draufsicht der Diskette 10. Gemäß Fig. 2 ist die Diskette 10 kreisförmig und hat einen Innendurchmesser 23, der von einem mittig angeordneten Loch 25 gebildet ist, und einen Außendurchmesser 27, der von dem Umfang der Diskette gebildet ist. In Fig. 2 bezeichnet das Bezugszeichen 29 generell die verschiedenen Schichten 14,16,18,20,22, die über dem Substrat 12 ausgebildet sind. Die Diskette 10 kann für ein ortsfestes Diskettenlaufwerksystem konfiguriert sein, ist jedoch vorzugsweise herausnehmbar, um die Verwendung mehrerer Disketten in einem einzigen Laufwerk und das Transportieren der Diskette zu anderen Laufwerken zu erleichtern. Für die Verwendung als herausnehmbare Diskette kann die Diskette 10 in einer Kassette untergebracht sein. Das mittig angeordnete Loch 25 kann eine Nabe oder einen anderen Mechanismus zum Koppeln der Diskette 10 mit einer einem Laufwerk zugeordneten Kupplung oder einem einem Laufwerk zugeordneten Spindelmotor aufnehmen. Die Nabe kann durch die Kassette verlaufen. Der Durchmesser des kreisförmigen mittig angeordneten Lochs 25 kann in der Größenordnung von 15 mm liegen.
Das erfindungsgemäße Substrat 12 hat eine Dicke von mehr als 1,5 mm. Das Substrat 12 hat vorzugsweise eine Dicke von mehr als 1,5 mm und weniger als oder gleich ungefähr 2,5 mm. Insbesondere hat das Substrat 12 vorzugsweise eine Dicke von mehr als oder gleich ungefähr 1,8 mm und weniger als oder gleich ungefähr 2,2 mm, und besser noch eine Dicke von mehr als oder gleich ungefähr 1,9 mm und weniger als oder gleich ungefähr 2,1 mm. Bei einer speziellen Ausführungsform kann das Substrat 12 zum Erreichen einer optimalen Leistung und einer einfachen Verwendung und Herstellung eine Dicke von ungefähr 2 mm aufweisen. Der Durchmesser der Diskette 10 ist vorzugsweise größer als oder gleich ungefähr 120 mm und kleiner als oder gleich ungefähr 135 mm. Bei einer bevorzugteren Variante hat die Diskette 10 einen Durchmesser von ungefähr 130 mm zum Erreichen der gewünschten Ebenheit in Kombination mit der Dickenabmessung des Substrats 12.
Bei einer Diskette mit einem Durchmesser von 120 mm bis 135 mm hat sich herausgestellt, dass die größere Dicke des Substrats 12 eine verbesserte Ebenheit über einen Bereich von Betriebsbedingungen bietet. Das Substrat 12 verleiht der Diskette 10 eine größere Steifigkeit, damit diese einer Durchbiegung in Reaktion auf Kräfte standhält, die während des Laufwerkbetriebs auftreten. Ferner ermöglicht es die größere Dicke des Substrats 12, dass die Diskette 10 gegen Verwölbung und Neigung resistent ist, die andernfalls während der Fertigung aufgrund der Schwerkraft und verarbeitungsinduzierten Wärmegradienten auftreten können. Das Ergebnis der größeren Ebenheit, die das Substrat 12 bewirkt, ist eine Diskette 10, die eine größere räumliche Dichte und Datenspeicherkapazität bietet. Bei der Anwendung für auf dem Luftweg erfolgende Nahfeldaufzeichnung reduziert die größere Dicke des Substrats 12 die Abweichung der Ebene der Diskette 10 von einer idealen Aufzeichnungsebene, auf die ein von einem Laufwerkkopf emittierter Strahl fokussiert wird. Auf diese Weise ermöglicht es das Substrat 12, dass der Luftspalt zwischen der Diskette 10 und dem Kopf eine konstantere Dicke für einen gleichbleibenden Fokus und eine gleichbleibende Lichtfleckgröße aufrechterhält. Das Substrat 12 ermöglicht ferner eine größere Zuverlässigkeit des Laufwerks durch Reduzieren der Anfälligkeit der Diskette 10 für Zusammenstöße mit dem Kopf.
Fig. 1 zeigt ferner, dass die Diskette 10 Teil eines Systems für auf dem Luftweg erfolgende Nahfeldaufzeichnung für magnetooptische Datenspeicherung sein kann. Ein solches System kann eine integrierte Magnetkopfanordnung 24 aufweisen, die einen Aufzeichnungsstrahl 26 emittiert. Die Kopfanordnung ist derart angeordnet, dass ein Strahl 26 auf die Aufzeichnungsschicht 18 gerichtet ist, wenn die Diskette 10 von einem Spindelmotor mit Drehzahlen in der Größenordnung von 2400 bis 3600 Umdrehungen pro Minute gedreht wird. Der Aufzeichnungsstrahl 26 erwärmt die Diskette 10 in speziellen Domänen in Gegenwart eines von der Magnetkopfanordnung 24 angelegten Magnetfelds. Das Nahfeldaufzeichnungsverfahren verwendet die abklingende Kopplung zum Leiten des Strahls 26 auf die Aufzeichnungsschicht 18. Der Strahl kann z. B. von einer massiven Immersionslinse (SIL) gesendet werden. Ein Beispiel für ein System mit einer SIL für auf dem Luftweg erfolgende Nahfeldaufzeichnung auf magnetooptische Disketten ist in dem US-Patent Nr. 5,125,750 von Cole et al. beschrieben. Die Magnetkopfanordnung 24 kann zusammen mit der SIL strukturell ausgebildet sein, um einen sogenannten "berührungslosen Kopf" zu bilden.
Der Aufzeichnungsstrahl 26 wird in dem Sinne auf dem Luftweg übertragen, dass er nicht das Substrat 12 durchläuft, um die Aufzeichnungsschicht 18 zu erreichen. Vielmehr trifft der Aufzeichnungsstrahl 26 über das Luftlager, das die Diskette 10 von dem berührungslosen Kopf trennt, auf die Aufzeichnungsschicht 18 auf. Der Luftspalt ist extrem dünn und hat eine Dicke, die normalerweise kleiner ist als eine Wellenlänge des Aufzeichnungsstrahls 26. Der Strahl 26 kann auch eine oder mehrere dielektrische Schichten 20,22 durchlaufen, bevor er die Aufzeichnungsschicht 18 erreicht. Wie ferner in Fig. 1 gezeigt, kann das Auslesen durch Aufbringen des Strahls 26 mit geringerer Intensität auf die Aufzeichnungsschicht 18 erfolgen. Ein Detektor 28 ist derart angeordnet, dass er eine reflektierte Komponente des Lesestrahls empfängt. Der Detektor 28 übersetzt den Kerr-Drehwinkel der reflektierten Komponente in einen geeigneten Bitwert. Dieser Detektor 28 kann ebenfalls strukturell mit dem berührungslosen Kopf ausgebildet sein.
Die verbesserte Ebenheit der Diskette 10 ermöglicht eine verbesserte Anpassung der Diskettenfläche an die Aufzeichnungsebene. Insbesondere ermöglicht die reduzierte Anfälligkeit der Diskette 10 für Verwölbung und Neigung sowie die verbesserte Steifigkeit zum Zwecke der Resistenz gegen Durchbiegung, dass der Luftspalt zwischen dem berührungslosen Kopf und der Diskette im wesentlichen konstant bleibt, zumindest relativ zu gültigen Systemtoleranzen. Infolgedessen kann die Position der Kopfanordnung 24 leicht abgestimmt werden, um gleichbleibend eine gewünschte Luftspaltdicke herzustellen. Insbesondere ermöglicht es die verbesserte Ebenheit der Diskette 10, dass die Kopfanordnung 24 in einer im wesentlichen konstanten Distanz über die gesamte Flächenebene der Diskette 10 ungeachtet der radialen Position angeordnet werden kann.
Bei einer Konfiguration zur Aufzeichnung auf dem Luftweg sind die optischen Charakteristiken des Substrats 12 größtenteils irrelevant. Insbesondere weil der Strahl nicht durch das Substrat 12 in die Diskette 10 eintritt, haben die optischen Eigenschaften des Substrats keine direkte optische Auswirkung auf die Leistung. Im Gegensatz dazu erfordern Disketten zur Aufzeichnung durch das Substrat typischerweise, dass die Substrate spezielle optische Eigenschaften aufweisen. Somit ist es bei einer Diskette zur Aufzeichnung auf dem Luftweg vorstellbar, dass eine breitere Palette von Materialien zur Herstellung des Substrats 12 verwendet werden kann. Auch können solche Materialien kostengünstiger sein als qualitativ hochwertige optische Materialien. Das Substrat 12 kann z. B. aus einer Vielzahl von Materialien, einschließlich wärmeausgehärtetem Material, thermoplastischem Material, Metall oder Glas, gefertigt sein. Die ausgewählten Materialien können transparent oder undurchsichtig sein. Ferner können solche Materialien teilweise auf der Basis des zur Erreichung einer verbesserten Steifigkeit erforderlichen Elastizitätsmoduls des Materials relativ zu typischeren Substratmaterialien für optische Disketten ausgewählt werden. Beim optischen Aufzeichnen ist es jedoch typischerweise wünschenswert, ein physisches Format auf dem Substrat 12 auszubilden, um die optische Ortung zu erleichtern. Daher kann es äußerst wünschenswert sein, das Substrat 12 aus einem Material herzustellen, das leicht mit einem physischen Format in einer Form reproduzierbar ist.
Ein Beispiel für ein spezielles Material, dass leicht prägbar ist, ist Polycarbonat mit hohem Fließvermögen, das typischerweise für die CD-Herstellung verwendet wird. Obwohl Polycarbonat generell ein sehr weitverbreitetes technisches Thermoplast ist, ist diese spezielle Polycarbonatklasse für den Optikdiskettenmarkt entwickelt worden. Die gute Verfügbarkeit und der Preis dieser Polycarbonatklasse macht sie für die Verwendung in dem Substrat 12 attraktiv. Dieses Polycarbonatmaterial bietet eine Vielzahl von Vorteilen hinsichtlich der Ausführung und Herstellung. Polycarbonat mit hohem Fließvermögen hat z. B. eine ausreichend niedrige Viskosität zum Füllen der Form ohne Bildung von Fließmarken, die häufig bei spritzgegossenen Produkten zu finden sind. Bei einem Elastizitätsmodul in der Größenordnung von 345.000 Pound pro Quadratinch (psi) rangiert diese Polycarbonatklasse nicht generell unter den steifsten technischen Thermoplasten, sie ist jedoch steif genug, um der Diskette 10 die gewünschte Ebenheitscharakteristik für erfindungsgemäße Substratdicken zu verleihen. Zusätzlich zu der ausreichenden Steifigkeit ist die Wasseraufnahme von Polycarbonat mit hohem Fließvermögen relativ gering, wodurch durch Wasserabsorption hervorgerufene beträchtliche Verformungs- oder Umweltverschmutzungsprobleme vermieden werden. Ferner weist dieses Material eine Bruchdehnung von über 100 Prozent auf, was ein Zeichen dafür ist, dass das Material hochplastisch ist. Diese Charakteristik ist wichtig für eine Nano-reproduzierte Plastikfläche, die bei einem Optikdiskettenlaufwerk zum Führen eines Submikrometer-Laserflecks zu Daten auf der Diskette 10 verwendet wird. Angesichts seiner akzeptablen Leistung hinsichtlich einer Vielzahl von Anforderungen ist das Polycarbonat mit hohem Fließvermögen, das typischerweise für Optikdiskettensubstrate verwendet wird, ein geeignetes Material zur Herstellung des Substrats 12.
Das Substrat 12 ist vorzugsweise als einzelnes einstückig ausgebildetes Teil gefertigt, kann jedoch auch aus zwei oder mehr durch Verklebung oder Laminierung miteinander verbondeten Schichten gebildet sein. Zwei Polycarbonatsubstrate, die aus bekannten 1,2 mm MO-Substratformen hergestellt worden sind, können z. B. miteinander verbondet werden, um ein 2,4 mm Substrat zu bilden. Zum Reduzieren der Fertigungszeit und des Fertigungsaufwands wird ein solches Polycarbonatsubstrat jedoch vorzugsweise einstückig aus einer einzelnen Form als nicht geschichtetes Einzelsubstrat hergestellt. Die anderen Schichten 14,16,18,20,22 können dann über dem daraus resultierenden Substrat gebildet werden.
Die Aufzeichnungsschicht 18 kann eine Seltenerde-Übergangsmetalllegierung aufweisen, wie z. B. FeTbCo oder FeTbCoTa. Die dielektrischen Schichten 16, 20,22 können aus einer Vielzahl von dielektrischen Materialien gebildet sein, einschließlich Siliziumcarbid, Siliziumnitrid und Siliziumdioxid. Insbesondere können die dielektrischen Schichten 16,20 Siliziumcarbid für eine verbesserte Passivierung der Aufzeichnungsschicht 18 aufweisen, wohingegen die dielektrische Schicht 22 Siliziumnitrid zum Erreichen der gewünschten optischen Empfindlichkeit aufweisen kann. Schließlich kann die Reflexionsschicht 14 ein hochreflektierendes Metall aufweisen, wie z. B. eine Aluminiumchromlegierung. Ein solches Material bietet sowohl ein effektives Reflexionsvermögen als auch eine effektive Wärmeleitfähigkeit.
Die Reflexionsschicht 14 kann z. B. aus einer Schicht aus einer Aluminiumchromlegierung (4 Gewichtsprozent Chrom in Aluminium) mit einer Dicke im Bereich von weniger als oder gleich ungefähr 130 nm und mehr als oder gleich ungefähr 20 nm und vorzugsweise weniger als oder gleich ungefähr 60 nm und mehr als oder gleich ungefähr 30 nm gebildet sein. Die Dicke der Aufzeichnungsschicht 18 ist vorzugsweise kleiner als oder gleich ungefähr 15 nm.
Insbesondere kann die Dicke der Aufzeichnungsschicht 18 im Bereich von weniger als oder gleich ungefähr 15 nm und mehr als oder gleich ungefähr 6 nm und vorzugsweise im Bereich von weniger als oder gleich ungefähr 12 nm und mehr als oder gleich ungefähr 8 nm liegen. Die Aufzeichnungsschicht 18 kann bei diesem Ausführungsbeispiel aus einem FeTbCoTa-Material gefertigt sein. Insbesondere kann die Aufzeichnungsschicht 18 eine Zusammensetzung aus, in Atomgewicht, ungefähr 67% Fe, 23,5% Tb, 8,0% Co und 1,5% Ta aufweisen.
Die erste dielektrische Schicht 16 kann eine Dicke im Bereich von weniger als oder gleich ungefähr 60 nm und mehr als oder gleich ungefähr 5 nm und vorzugsweise im Bereich von weniger als oder gleich ungefähr 30 nm und mehr als oder gleich ungefähr 5 nm aufweisen. Die zweite dielektrische Schicht 20 kann eine Dicke im Bereich von weniger als oder gleich ungefähr 30 nm und mehr als oder gleich ungefähr 5 nm und vorzugsweise mehr als oder gleich ungefähr 20 nm aufweisen. Bei diesem Beispiel können die ersten und zweiten dielektrischen Schichten 16,20 aus einem Siliziumcarbidgrafitmaterial gefertigt sein, das unter dem Markennamen Hexoloy SG vertrieben wird und bei Carborundum, Inc., Amherst, New York, USA, erhältlich ist. Die Zusammensetzung der "Hexoloy SG"-Siliziumcarbidverbindung hat ein Spektrum, das das Vorhandensein von Kohlenstoff, Bor, Silizium, Stickstoff und Sauerstoff in nachweisbaren Konzentrationen anzeigt. Mittels der auf dem Gebiet bekannten Scheitelwerte und Standardempfindlichkeitsfaktoren wird die Atomkonzentration dieses Siliziumcarbid- (SiCX-) Dielektrikums als Si(35%)C(51%) B(7%)N(5%)O(2%) veranschlagt, was zu einem Wert von x = 0,51/0,35 = 1,47 führt. Die dritte dielektrische Schicht 22 kann eine Dicke im Bereich von weniger als oder gleich ungefähr 200 nm und mehr als oder gleich ungefähr 5 nm und vorzugsweise weniger als oder gleich ungefähr 50 nm und mehr als oder gleich ungefähr 20 nm aufweisen. Die dritte dielektrische Schicht 22 kann aus einem Siliziumnitridmaterial gefertigt sein. Bei diesem Beispiel kann das Siliziumnitrid Si&sub3;N&sub4; sein.
Bei dieser Ausführungsform weist die Diskette 10 ein Substrat 12 mit einer Dicke im Bereich von 1,5 bis 2,5 mm, wie hier beschrieben, und ferner eine extrem dünne MO-Aufzeichnungsschicht mit einer Dicke in der Größenordnung von 6 bis 15 nm auf. Die Kombination aus diesen Merkmalen resultiert in einer Diskette 10 sowohl mit verbesserten Ebenheitscharakteristiken als auch einer reduzierten Entmagnetisierfeldschwelle. Die Ebenheitscharakteristik gilt insbesondere für Diskettendurchmesser im Bereich von mehr als oder gleich ungefähr 120 mm und weniger als oder gleich ungefähr 135 mm. Die reduzierte Entmagnetisierfeldschwelle ist sinnvoll bei Aufzeichnungsverfahren, wie z. B. der Magnetfeldmodulation, bei denen kleinere Magnetfelder verwendet werden. Es hat sich herausgestellt, dass eine aus den oben genannten Materialien und mit den oben genannten Abmessungen hergestellte Diskette in der Lage ist, stabile magnetisierte Domänen in der Größenordnung von 0,525 Quadratmikrometer pro Domäne zu bieten.
Die Diskette 10 ist vorzugsweise für auf dem Luftweg erfolgende Aufzeichnung konfiguriert. Die Diskette 10 kann jedoch durch Auswählen der Reihenfolge, in der die verschiedenen Schichten aufgebracht werden, auch für die Aufzeichnung durch das Substrat angepasst werden. Insbesondere für die Aufzeichnung durch das Substrat kann die Diskette 10 in folgender Reihenfolge aufweisen: ein Substrat 12, eine erste dielektrische Schicht, eine Aufzeichnungsschicht, eine zweite dielektrische Schicht und eine Reflexionsschicht. Eine solche Diskette für das Aufzeichnen durch das Substrat würde von der verbesserten Ebenheit, die durch die Dicke des Substrats 12 geboten wird, profitieren. Gleichzeitig kann die größere Dicke des Substrats 12 jedoch Probleme hinsichtlich der Strahlfokussierung und -abschwächung bei bestehenden Laserdiodenquellen verursachen.
Fig. 3 zeigt ein Balkendiagramm mit Darstellung der Veränderung der prozessinduzierten Neigung von Disketten mit unterschiedlichen Substratdicken. Die Neigung ist einer der Faktoren, die zu der Gesamt-Ebenheitscharakteristik einer Diskette beitragen, d. h. der Anpassung der Strahlauftrefffläche der Diskette an die Aufzeichnungsebene, auf die der -Schreibstrahl fokussiert wird.
Die Auswirkungen von Schwerkraft und unausgewogenen Wärmegradienten während der Abkühlphase nach dem Formen kann zu einer ungleichmäßigen Verdichtung unterschiedlicher Bereiche der Disketten führen, wodurch eine Verwölbung und Neigung der Disketten verursacht wird. Neigung bedeutet die winkelmäßige Abweichung der Diskettenfläche relativ zu einer Ebene, die tangential zu der Mitte der Diskette verläuft. Somit kann bei einer verwölbten Diskette die Neigung über den Diskettenradius variieren. Wie in Fig. 3 gezeigt, wurde eine Vielzahl von Diskettenproben mit unterschiedlichen Substratdicken analysiert, um die Neigung in Milliradian (mrad) zu bestimmen. Die Proben sind entlang der horizontalen Achse der grafischen Darstellung aus Fig. 3 gezeigt, während die Neigung in mrad entlang der vertikalen Achse gezeigt ist.
Wie in der grafischen Darstellung aus Fig. 3 gezeigt, bestand ein erster Satz von Diskettenproben aus zehn herkömmlichen DVD-Disketten jeweils mit einer Substratdicke von 0,6 mm. Jede DVD-Diskette war eine 4,7 Gigabyte- (GB-) Diskette mit einem Durchmesser von 120 mm. Solche DVD-Disketten sind bei Imation Enterprise Corp., Oakdale, Minnesota, USA, erhältlich. Ein zweiter Satz von Diskettenproben bestand aus zehn herkömmlichen MO-Disketten jeweils mit einer Substratdicke von 1,2 mm. Jede MO-Diskette war eine 1,3 GB-Diskette mit einem Durchmesser von 130 mm. Solche MO-Disketten sind auch bei Imation Corp., Oakdale, Minnesota, USA, erhältlich. Schließlich bestand ein dritter Satz aus zehn speziell präparierten MO-Disketten jeweils mit einer Substratdicke von ungefähr 2 mm gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Jede der speziell präparierten MO-Disketten hatte einen Durchmesser von 130 mm, und es ist vorstellbar, diese für Nahfeldaufzeichnungsanwendungen zu verwenden, um Datenspeicherdichten in der Größenordnung von 10 bis 20 GB zu erreichen. Das Substrat für jede der speziell präparierten MO-Disketten war ähnlich geformt wie das für bekannte optische Disketten. Insbesondere war jedes Substrat in einer 30-100-Tonnen- Spritzgießpresse mittlerer Größe geformt worden, die eine Werkzeugausrüstung aufweist, mit der ein einzelnes Substrat pro Zyklus hergestellt wird.
Gemäß Fig. 3 wurden die Neigungscharakteristiken durch MO-Disketten mit einer Substratdicke von ungefähr 2 mm beträchtlich verbessert. Die Neigung wurde als maximale Neigung bei einer Stichprobenkontrolle radialer und Winkelpositionen der Diskette gemessen. Die Neigungsmessung wurde mit einem laserabgetasteten Sensorarray durchgeführt, wobei die vertikale Verformung der Diskettenfläche bei einer einzigen Drehung der Diskette protokolliert wurde. Durch radiales Translatieren des Scanners und des Sensorarrays wurde die Neigung über einen vollständigen Radiusbereich abgebildet. Folglich kann die Diskette als eine Funktion f(r,9), dargestellt werden, wobei r der Diskettenradius und θ die Winkelposition ist. Die axiale Verformung wurde als maximaler Absolutwert z oder maximale Abweichung der Diskettenfläche von der Testgröße über der gesamten Fläche definiert. Die axiale Formabweichung ist der größte Spitze-Spitze-Umfangswert z, d. h. max(z) - min(z) auf einem bestimmten Radius, der unter sämtlichen getesteten Radien festgestellt worden ist. Die Neigung ist als Vektorgröße T der ersten Ableitung derjenigen Funktion definiert, die die Diskettenfläche beschreibt und eine radiale und tangentiale Komponente enthält. Vor diesem Hintergrund gibt die Neigung einen nützlichen Hinweis auf die Gesamtebenheit der Diskette.
Gemäß Fig. 3, in der die DVD-Disketten und MO-Disketten eine maximale Neigung zwischen ungefähr 5 und 9,5 mrad hervorriefen, riefen die erfindungsgemäßen MO-Disketten mit dickem Substrat eine maximale Neigung in der Größenordnung von 1 bis 1,5 mrad hervor. Die reduzierte Neigung bei den Disketten mit einem Substrat mit einer Dicke von ungefähr 2 mm ist ein wesentlicher Faktor hinsichtlich einer verbesserten Ebenheit. Insbesondere passt sich bei einer geringeren Neigung die Fläche der Diskette 10 besser der Aufzeichnungsebene an, auf die der Strahl mit abklingender Kopplung fokussiert wird. Mit anderen Worten: die ebenere Diskettenfläche trägt zu einer gleichbleibenderen Luftspaltdicke zwischen dem Aufzeichnungskopf und der Diskettenfläche bei. Die Luftspaltdicke bestimmte die Fokalebene des Strahls und die Menge an durch abklingende Kopplung übertragener Strahlung. Durch Reduzieren der Veränderung der Luftspaltdicke kann der Schreibstrahl auf gleichbleibendere Weise Domänen von immer kleiner werdender Größe auflösen. Dieses Merkmal ist insbesondere bei hohen Anforderungen hinsichtlich der räumlichen Auflösung beim Nahfeldaufzeichnen nützlich. Bei einer 130 mm Diskette erfordert eine Speicherdichtenanforderung von ungefähr 20 GB z. B. eine räumliche Auflösung von ungefähr 0,0525 Quadratmikrometern. Entsprechend ist die Eliminierung eines beträchtlichen, durch den Luftspalt hervorgerufenen Fokussierfehlers ein kritischer Leistungsfaktor. Nach dem Messen der Neigung kann der Grad an Verwölbung als Differenz zwischen der maximalen und der minimalen Neigung der Diskette charakterisiert werden. Angesichts des beträchtlich reduzierten maximalen Neigungsmesswerts, der von speziell präparierten Disketten erhalten wird, wie in Fig. 3 gezeigt, ist es sinnvoll, solche Disketten auch als Disketten mit beträchtlich reduzierter Verwölbung zu charakterisieren.
Fig. 4 zeigt eine grafische Darstellung der Veränderung der Durchbiegung von Disketten mit unterschiedlichen Substratdicken. Die Durchbiegung ist ein weiterer wesentlicher Faktor für die Gesamtebenheitscharakteristik einer Diskette. Insbesondere kann die Diskette in Reaktion auf Kräfte, die während des Laufwerkbetriebs auftreten, anfällig sein. Solche Kräfte können z. B. aus unbeabsichtigtem Kontakt des Kopfs mit der Diskettenfläche oder durch die Drehung der Diskette hervorgerufener Vibration resultieren. Zusammenstöße mit dem Kopf können insbesondere durch das Aufbringen von Stoßlasten verursacht werden, wenn die Diskette und das Diskettenlaufwerksystem zusammenstoßen oder herunterfallen. Ferner übt der Kopf zum berührungslosen Bewegen während des Betriebs einen Druck auf das Luftlager aus. Dieser auf das Lager aufgebrachte Druck wird auf die Diskette übertragen und verursacht möglicherweise eine Durchbiegung. Die Durchbiegung variiert generell über den Flächenbereich der Diskette. Insbesondere kann während der Benutzung eine Durchbiegung am Außendurchmesser der Diskette ausgeprägter sein. Die Diskette wird von einem dem Laufwerk zugeordneten Kupplungsmechanismus relativ fest gehalten. Die Diskette wird von einem dem Kupplungsmechanismus zugeordneten Spindelmotor gedreht. Die Radien der Diskettenebene bilden Strahlelemente relativ zu der feststehenden Mitte der Diskette. Jedes Strahlelement erfährt eine größere Durchbiegung am Außendurchmesser als am Innendurchmesser der Diskette. Somit kann sich die Abweichung der Diskettenfläche von der Aufzeichnungsebene progressiv vom Innendurchmesser nach außen vergrößern. Folglich passt sich die Diskettenfläche möglicherweise beim Drehen nicht eng an die Aufzeichnungsebene an.
Die grafische Darstellung aus Fig. 4 zeigt Durchbiegungsdaten für mehrere echte Disketten und Substrate sowie Disketten und Substrate, die durch Finite-Elemente-Modellieren repräsentiert werden. Gemäß Fig. 4 wurden insbesondere Durchbiegungsdaten für folgende Probensätze erhalten: Probensatz 1 - blanke (unbeschichtete) Polycarbonatsubstrate mit Dicken im Bereich von ungefähr 1,24 bis 1,52 mm; Probensatz 2 - beschichtete (mit Aufzeichnungsschicht, Reflektor und Dielektrika) Polycarbonatsubstrate mit Dicken im Bereich von ungefähr 1,24 bis 1,52 mm; und Probensatz 5 - blanke (unbeschichtete) Polycarbonatsubstrate mit Dicken im Bereich von ungefähr 1,95 bis 2,1 mm. Die Polycarbonatsubstrate in den Probensätzen 1, 2 und 5 waren aus Polycarbonat mit hohem Fließvermögen und mit CD-Qualität hergestellt, das bei Mitsubishi Gas & Chemical Co. erhältlich ist. Die Durchbiegungsdaten wurden auch für folgende Probensätze, die durch Finite-Elemente-Modellieren analysiert worden waren, modelliert: Probensatz 3 - blanke (unbeschichtete) Polycarbonatsubstrate mit Dicken im Bereich von ungefähr 1, 2 bis 1,8 mm; und Probensatz 4 - beschichtete (mit Aufzeichnungsschicht, Reflektor und Dielektrika) Polycarbonatsubstrate mit Dicken im Bereich von ungefähr 1, 2 bis 1,8 mm.
Jede Probe, d. h. jede echte und modellierte, hatte einen Radius von 130 mm. Die Durchbiegungsdaten wurden als axiale Verformung in Mikrometer (Tm) relativ zu einer unbelasteten Anfangsposition dargestellt. Um die Durchbiegungsdaten zu erhalten, wurde jede Probe mit einer Kraft von ungefähr 5 Grammkraft (gf) auf einem Radius von ungefähr 60 mm von der Diskettenmitte aus belastet. Die Belastungskraft ist ungefähr äquivalent zu den Luftlagerkräften, mit deren Aufbringung auf die Diskette während des Betriebs bei einer Nahfeldaufzeichnung auf dem Luftweg gerechnet wird. Die Verformung der Probe auf dem 60 mm Radius aus der unbelasteten Anfangsposition in die belastete Position wurde dann gemessen. Diese Diskette wurde während der Messung nicht gedreht. Es wird jedoch davon ausgegangen, dass diese statische Messung eine sinnvolle Messung analog zu Messungen ist, die während der Drehung durchgeführt werden. Diese Verformungsmessung liefert ein Anzeichen für die relative Durchbiegung jeder Probe. Wie durch die grafische Darstellung aus Fig. 4 dargestellt, zeigen die Verformungsdaten eine rasche Abnahme der Diskettendurchbiegung, wenn sich die Substratdicke von ungefähr 1,2 mm auf ungefähr 2,1 vergrößert. Insbesondere wurde festgestellt, dass eine blanke Polycarbonatdiskette mit einer Dicke von ungefähr 1,24 mm eine Verformung von ungefähr 62 Mikrometern hervorrief. Im Gegensatz dazu wurde beobachtet, dass eine blanke Polycarbonatdiskette mit einer Dicke von ungefähr 2,0 mm eine Verformung von ungefähr 28 Mikrometern hervorrief.
Aus den in der grafischen Darstellung aus Fig. 4 gezeigten Daten geht hervor, dass eine Diskette mit einem dickeren Substrat einen eindeutigen Vorteil hinsichtlich der Resistenz gegen durch den Betrieb hervorgerufene Durchbiegung in einem Laufwerk bieten kann. Diese Durchbiegungsfestigkeit oder "Steifigkeit" ist bei der Gewährleistung einer gleichbleibenden Anpassung der Eintrittsfläche der Diskette an die Aufzeichnungsebene kritisch. Die Durchbiegungsdaten unterstützen auch den theoretischen Fall eines Diskettensubstrats mit größerer Dicke. Insbesondere verhält sich gemäß den Prinzipien der Mechanik die Steifigkeit eines Strahlelements proportional zu dem Elastizitätsmodul des Materials und zu der Breite des Strahls. Die Steifigkeit ist jedoch auch eine Funktion der dritten Potenz der Dicke. Somit ist die Substratdicke der wichtigste Faktor bei der Kontrolle der Durchbiegung. Erfindungsgemäß wird diese Charakteristik eines dickeren Substrats zum Verbessern der Ebenheitscharakteristik der Diskette genutzt und trägt schließlich zur größeren räumlichen Dichte zu Aufzeichnungszwecken bei. Insbesondere wird durch die größere Steifigkeit der Diskette die gleichbleibende Luftspaltdicke über die Diskettenfläche verbessert. Eine gleichbleibendere Luftspaltdicke verbessert die Fähigkeit des Laufwerks zum Fokussieren auf immer kleinere Domänen auf der Diskette.
Obwohl eine größere Substratdicke vom Standpunkt der Laufwerksleistung aus betrachtet generell wünschenswert ist, kann diese durch bestimmte Überlegungen hinsichtlich der Größe, des Gewichts und des Herstellungsprozesses eingeschränkt werden. Insbesondere kann eine beträchtlich vergrößerte Substratdicke zu einer Diskette mit übermäßiger Größe und übermäßigem Gewicht führen. Eine übermäßige Größe kann der Tragfähigkeit und Ergonomie entgegenwirken. Ferner können eine übermäßige Größe und ein übermäßiges Gewicht das Drehmoment, den Energieverbrauch und den Platzbedarf des Laufwerks erhöhen. Insbesondere führt ein übermäßiges Gewicht zu einer Diskette mit einer größeren Trägheit und Bewegungsenergie, wodurch die Drehbeschleunigungs- und -verlangsamungszeit verlangsamt und die Zugriffszeit durch das Laufwerk verlängert wird. Ferner kann eine größere Substratdicke die Kosten für in dem Herstellungsprozess verwendete Materialien erhöhen sowie die für die Diskettenherstellung erforderliche Prozesszeit verlängern. Bei einem Substrat z. B. aus Polycarbonat oder einem anderen Kunststoff wird das Substrat geformt und kann dann abkühlen. Bei größeren Dicken kann der Abkühlprozess nach dem Formen länger dauern.
Fig. 5 zeigt eine grafische Darstellung der Veränderung der erforderlichen Abkühlzeit von Disketten, die mit unterschiedlichen Substratdicken geformt sind.
Fig. 5 zeigt einfache Finitdifferenzergebnisse für die Gefrierzeit für die Mittellinie einer Diskette, wo die eindimensionale (nichtplanare) Leitung dominiert. Die geltende Gleichung für die eindimensionale Übergangswärmeleitung lautet wie folgt:
DT/dt = (∂²T/∂z²)
wobei T die Temperatur in Kelvin, t die Zeit, z die Dickenabmessung und der Wärmeleitfähigkeitskoeffizient ist. Diese Gleichung ist eine Gleichung erster Ordnung hinsichtlich der Zeit und zweiter Ordnung hinsichtlich der räumlichen Richtung. Folglich erfordert eine Veränderung der Substratdicke eine Verlängerung der Abkühlzeit nach dem Formen, die sich proportional zu dem Quadrat der Dickenveränderung verhält. In Fig. 5 werden die Gleichungen hinsichtlich Bedingungen gelöst, die für Polycarbonat geeignet sind, das bei 340 Grad C in eine Form gespritzt wird und bei 80, 100 und 120 Grad C mit den Formflächen aus Metall in Kontakt gehalten wird. Gemäß Fig. 5 wird damit gerechnet, dass Diskettensubstratdicken in der Größenordnung von 2 mm in weniger als 20 Sekunden in den festen Zustand abkühlen. Bei Substratdicken über 2,5 mm ist die Abkühlzeit jedoch länger als zwanzig Sekunden und steigt mit ansteigende Dicke mit einer größeren Räte. Die aus den in Fig. 5 gezeigten Daten gezogene Schlüsselfolgerung lautet, dass die erforderliche Abkühlzeit beträchtlich ansteigt, wenn sich die Substratdicke über 2,5 mm vergrößert. Selbstverständlich kann durch diese längere Abkühlzeit der Fertigungsdurchsatz verringert werden, was möglicherweise zusätzliche Formstationen und einen damit verbundenen Kapitalaufwand für die gewünschten Fertigungspegel erforderlich macht.
Angesichts der in Fig. 3 und 4 gezeigten Neigungs- und Durchbiegungsdaten und der in Fig. 5 gezeigten Prozessdaten sind die Grenzen für die Substratdicke generell am unteren Ende leistungsbezogen und am oberen Ende prozessbezogen. Das obere Ende wird ferner durch die Kosten, die Größe und das Gewicht von Diskette und Laufwerk beeinflusst. Somit ist ein Ausgleich erforderlich. Erfindungsgemäß ist es wünschenswert, dass das Substrat eine Dicke von mehr als 1,5 mm hat, um die Erreichung einer adäquaten Steifigkeit zum Begrenzen der Durchbiegungs- und Vibrationsprobleme zu erleichtern. Ein Substrat mit einer Dicke von mehr als 1,5 mm ist auch wünschenswert, um eine beträchtliche Verwölbung und Neigung zu vermeiden. Um jedoch eine realisierbare Bearbeitungszeit sowie vernünftige Kosten, Größe und Gewicht von Diskette und Laufwerk zu ermöglichen, ist es wünschenswert, dass die Substratdicke kleiner als oder gleich ungefähr 2,5 mm ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann dieser Ausgleich dadurch erreicht werden, dass die Substratdicke größer als oder gleich ungefähr 1,8 mm und kleiner als oder gleich ungefähr 2,2 mm ist. Bei einer Substratdicke in diesem bevorzugten Bereich ist eine zufriedenstellende Ebenheit der Disketten ohne Verursachung einer übermäßig langen Bearbeitungszeit oder eines beträchtlichen Anstiegs der Materialkosten, der Größe und des Gewichts der Diskette und des Laufwerks festgestellt worden. Bei einer bevorzugteren Variante hat das Substrat ein Dicke von mehr als oder gleich ungefähr 1,9 mm und weniger als oder gleich ungefähr 2,1 mm und kann eine Dicke von ungefähr 2 mm haben. Dieser Dickenbereich hat sich als besonders vorteilhaft für eine Diskette mit einem Durchmesser im Bereich von ungefähr 120 bis 135 mm herausgestellt. Angesichts der Begrenzungsanforderungen hinsichtlich der maximalen Größe der Diskette und des Laufwerks und der Speicherdichte scheint dieser Diskettendurchmesserbereich für die derzeit in Betracht gezogenen Nahfeldaufzeichnungsanwendungen am ehesten realisierbar.

Claims

1. Auf dem Luftweg wiederbeschreibbare optische Datenspeicherdiskette (10) mit einem Substrat (12) und einer Aufzeichnungsschicht (18),

dadurch gekennzeichnet, dass

das Substrat eine Dicke von mehr als 1,5 mm und weniger als oder gleich 2,5 mm aufweist.

2. Auf dem Luftweg beschreibbare magnetooptische Diskette, die in folgender Reihenfolge aufweist.

- ein Substrat (12),

- eine Reflexionsschicht (14),

- eine erste dielektrische Schicht (16),

- eine Aufzeichnungsschicht (18), und

- eine zweite dielektrische Schicht (20),

dadurch gekennzeichnet, dass

das Substrat (12) eine Dicke im Bereich von 1,5 bis 2,5 mm aufweist.

3. System für auf dem Luftweg erfolgendes magnetooptisches Aufzeichnen mit einer magnetooptischen Diskette (10) mit einem Substrat (12) und einer Aufzeichnungsschicht (18), einer Strahlungsquelle (24), die derart angeordnet ist, dass ein Strahl (26) von einer dem Substrat gegenüberliegenden Seite der Diskette auf die Aufzeichnungsschicht gerichtet ist, und einem Detektor (28), der derart angeordnet ist, dass er eine reflektierte Komponente des Strahls empfängt und aufgrund des Kontakts des Strahls ein Datensignal erzeugt,

dadurch gekennzeichnet, dass

4. System für durch die Luft erfolgendes magnetooptisches Aufzeichnen mit einer magnetooptischen Diskette (10), die in folgender Reihenfolge aufweist: ein Substrat (12), eine Reflexionsschicht (14), eine erste dielektrische Schicht (16), eine Aufzeichnungsschicht (18) und eine zweite dielektrische Schicht (20), eine Strahlungsquelle (24), die derart angeordnet ist, dass ein Strahl (26) von einer dem Substrat gegenüberliegenden Seite der Diskette auf die Aufzeichnungsschicht gerichtet ist, und einem Detektor (28), der derart angeordnet ist, dass er eine reflektierte Komponente des Strahls empfängt und aufgrund des Kontakts des Strahls ein Datensignal erzeugt,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Substrat (12) eine Dicke im Bereich von 1,5 bis 2,5 mm aufweist.

5. Diskette nach Anspruch 1, wobei die Diskette eine magnetooptische Diskette ist und bei der die Aufzeichnungsschicht ein magnetooptisches Aufzeichnungsmaterial aufweist.

6. Diskette nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Dicke des Substrats größer als oder gleich ungefähr 1,8 mm und kleiner als oder gleich ungefähr 2,2 mm ist.

7. Diskette nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Dicke des Substrats größer als oder gleich ungefähr 1,9 mm und kleiner als oder gleich ungefähr 2,1 mm ist.

8. Diskette nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Dicke des Substrats ungefähr 2 mm beträgt.

9. Diskette nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Diskette einen Durchmesser von mehr als oder gleich ungefähr 120 mm und weniger als oder gleich ungefähr 135 mm aufweist.

10. Diskette nach Anspruch 9, wobei die Diskette einen Durchmesser von ungefähr 130 mm aufweist.

11. Diskette nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei der das Substrat entweder aus wärmeausgehärtetem Material, thermoplastischem Material, Glas oder Metall gefertigt ist.

12. Diskette nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei der das Substrat ein Polycarbonatmaterial aufweist.

13. Diskette nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Diskette in der Lage ist, stabile magnetisierbare Domänen mit Abmessungen von weniger als oder gleich ungefähr 0,06 um² auszubilden.

14. Diskette nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei der das Substrat und die Aufzeichnungsschicht eine zentrale Bohrung (25) mit einem Durchmesser von ungefähr 15 mm aufweisen.

15. System nach einem der Ansprüche 3 oder 4, bei dem sich die Diskette mit einer Geschwindigkeit von mehr als oder gleich ungefähr 2400 Umdrehungen pro Minute dreht.

16. System nach einem der Ansprüche 3 oder 4, ferner mit einer massiven Immersionslinse, die um eine Distanz von weniger als einer Wellenlänge des Strahls von der Diskette beabstandet ist, wobei die massive Immersionslinse den Strahl durch abklingende Kopplung zu der Diskette sendet.

17. Verfahren zum Herstellen einer auf dem Luftweg beschreibbaren magnetooptischen Diskette (10), mit folgenden Schritten:

- Ausbilden eines Substrats (10),

- Ausbilden einer Reflexionsschicht (14) über dem Substrat,

- Ausbilden einer ersten dielektrischen Schicht (16) über der Reflexionsschicht,

- Ausbilden einer Aufzeichnungsschicht (18) über der ersten dielektrischen Schicht, und

- Ausbilden einer zweiten dielektrischen Schicht (20) über der Aufzeichnungsschicht,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Substrat eine Dicke zwischen 1,5 und 2,5 mm aufweist.

18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Dicke des Substrats größer als oder gleich ungefähr 1,8 mm und kleiner als oder gleich ungefähr 2,2 mm ist.

19. Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Dicke des Substrats ungefähr 2 mm beträgt.

20. Diskette nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der das Substrat (12) ein nicht metallisches Material aufweist.