JPH1139738A

JPH1139738A - 光磁気ディスク及びそれを用いた記憶装置

Info

Publication number: JPH1139738A
Application number: JP19621097A
Authority: JP
Inventors: Shigeyuki Hosoki; 茂行細木; Takeshi Hasegawa; 剛長谷川; Takahisa Doi; 隆久土井; Satoshi Tomimatsu; 聡富松
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-07-22
Filing date: 1997-07-22
Publication date: 1999-02-12

Abstract

(57)【要約】【課題】光、磁気を使用した大容量、高記憶密度の光磁
気ディスク、それを使用した記憶再生装置を実現する。【解決手段】ディスク状基板（１）の基板面上に原子の
集まりであるクラスター（８）を記録単位として多数配
列して光磁気ディスクを構成する。上記光磁気ディスク
を作成するため、ディスク状基板（１）表面に数原子層
の厚さでコーテイングされた磁性体膜（２）に微細な先
端をもゆ探針状プローブ（６）からレーザー光のエバネ
ッセント波を照射する。レーザー光強度を適度に高める
ことによって磁性体膜（２）を瞬間的に凝集させクラス
ター（８）とする。記録はマイクロレーザービームと情
報に対応する磁界加え、読み出しは磁化を磁気力に対応
した渦電流又はカー回転角に基づく偏光を検出する。【効果】記録単位の微細化を図りながら、書き込み、読
み出し等の記憶デバイスは、従来と同様の技術で実現出
来る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は記録媒体、それを用
いた記憶装置、特に磁気ディスクや光ディスクなど大容
量高密度の記録、読出が可能な記録媒体及びそれを用い
た記憶装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、デジタル情報の記憶デバイスは、
磁気を利用するもの、光を利用するものがある。記憶デ
バイスでは、記憶容量が大きいこと、書き込み、読み出
し速度が速いこと等が要求される。

【０００３】特に、記憶容量や記録密度の点で優れ、消
去や、書き直しが可能な光磁気ディスクを用いた記憶デ
バイスが実用化されている。また、光磁気ディスクと類
似した構成で、光磁気ディスクの非晶質性や結晶化を利
用する相変化型光ディスクも知られている。相変化型光
ディスクは、非晶質媒体に細く収束したレーザービーム
を照射して照射部分のみが溶融して結晶化するとその表
面での光反射率や形状又は場合によってはカー回転角が
非晶質部分と結晶化部分で異なることから“１”、
“０”の２値情報を１記憶単位としての書き込みが可能
となる。上記相変化型光ディスクを使用した記憶デバイ
スに付いて記載した文献として、ジャーナル・オブ・ア
ップライド・フィジックス（Journal of Applied Physi
cs）Ｖｏｌ．７９，Ｎｏ１０，１９９６がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】相変化型光ディスクを
使用した記憶デバイスは、大容量、高密度記憶、消去
や、書き直しが可能であるが、更に大容量、高密度記憶
のできる記憶デバイスが要求される。また、相変化型光
ディスクは、非晶質媒体を形成する層の厚さ方向に見て
光照射側の一部を溶融して結晶化するため、その溶融の
程度により、光の反射状態にバラツキが生じたり、１記
憶単位の分離を確実にするためには、１記憶単位の領域
の大きさをある程度大きくしなけらばならず、高密度記
憶に限度がある。また、書き込み及び消去のための光ビ
ームの強度を強くしなければならず、省電力の点から改
善すべき点がある。

【０００５】従って、本発明の主な目的は、従来の記憶
装置に比較して更に高密度の高い光磁気ディスク、その
製造方法及びそれを用いた記憶装置を実現することであ
る。

【０００６】本発明の他の目的は、上記目的を達成する
と共に消去、書き直しが可能な光磁気ディスク及びその
製造方法を実現することである。

【０００７】本発明の更に他の目的は、上記光磁気ディ
スクを用い、少ないパワーで書き込み、読み出し及び消
去ができる記憶装置を実現することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明による光磁気ディスクは、ディスク状の基板
表面に情報の記録単位となる磁性体のクラスターを多数
形成して構成される。

【０００９】上記磁性体はＦｅ，Ｎｉ，Ｃｒの少なくと
も一つを含む磁性体、あるいはＧｅ，Ｓｂ，Ｔｅの少な
くとも一つを含む合金が望ましい。

【００１０】上記本発明による光磁気ディスクの製造方
法は、上記基板表面に上記クラスターを作成するため、
上記基体表面に数原子層（１〜１０ｎｍ）からなる上記
材質の磁性体膜をコーテイングし、上記磁性体膜に光、
電子等のビームを照射し磁性体膜を凝集させて上記クラ
スターを形成する。

【００１１】また、本発明による上記光磁気ディスクを
使用する記憶再生装置は、上記光磁気ディスクに情報を
書き込む書込部として、クラスター毎に情報の記録単位
を書き込む磁界を加えるコイル、又は光を加える光ファ
イバを設ける。また、上記光磁気ディスクに書き込れた
情報を読み出す読出手部として、上記クラスターの磁化
状態を検出するコイル又は光をクラスターに照射して光
量の変化を検出する手段を設ける。書込部の入力信号、
読出手段の出力信号の信号処理回路は、従来知られてい
る光、磁気記憶装置と実質的に同様の装置で構成され
る。

【００１２】本発明は、基体表面に形成された数〜数十
原子層からなる磁性体膜に、電子、光等の微小なビーム
を照射すると、磁性体膜が瞬間に凝集して原子の集まり
である円形又は楕円状のクラスターとなる現象を利用
し、クラスターの個々を記憶、すなわち書き込み読みだ
しの単位として利用するものである。多数のクラスター
の個々に独立に一定方向の磁界を加えることにより、ク
ラスターの個々は、一定方向に安定に磁化される。従っ
て、“１”、“０”などの２値の情報の一方を磁化した
もの、他方を非磁化のものとすることにより、情報の書
き込みができる。また、書き込まれた情報を読み出すた
めには磁気を直接検出するほか磁気によるカー効果を利
用し、クラスターに光を照射し、その偏向を検出する。
書き込まれた情報の消去は磁性体をキューリー点以上に
ビームで昇温することで実現される。

【００１３】上記クラスターは機械的に安定かつ、大き
さが従来の情報記憶単位の記憶領域の比べ小さくなり、
記憶密度の向上ができる。

【００１４】なお、以下の実施の形態ではクラスターの
生成は、照射ビームは光ビームを用いた例に付いて説明
するが、電子ビームを用いてもよい。

【００１５】

【発明の実施の形態】

＜実施形態１＞図１は、本発明による光磁気ディスクの
製造方法の一実施形態を説明する図である。本実施形態
では、クラスターを作る照射ビームとして光を用いる。
図示のように、ガラス、Ｓｉ基板などの非磁性体で表面
粗さが小さく、表裏の平行度が高いディスク状基板１表
面にＦｅ，Ｎｉ，Ｃｒなどの磁性体膜２を蒸着などによ
って、数原子層の厚さでコーテイングする。磁性体膜２
に光ファイバー５の先端を微細な径に加工した探針状プ
ローブ６でレーザー光を照射する。ここでプローブ６の
先端をレーザー光の波長以下の径とし、プローブ６と磁
性体膜２の間隙をも波長以下に接近させることによって
エバネッセント波を発し波長以下の大きさのプローブ径
で照射できる。レーザー光強度を適度に高めることによ
って磁性体膜２を瞬間的に凝させ、クラスター８とす
る。

【００１６】図２は、本発明による光磁気ディスクの製
造方法によって作られた光磁気ディスクのクラスター径
と磁性体膜の関係を説明する図である。クラスター８の
径の大きさは、磁性体膜の膜厚、照射ビームのビーム径
と強度、および照射時間によってかなり広範囲に設定で
きるが、読み出し時のＳ／Ｎ特性や、アドレス時の誤差
等を考慮すると、膜領域に対するクラスター径の割合は
１／６〜１／１０程度ないしそれ以下が適当である（概
ね数十nm（３０ないし１００ｎｍ）程度）。このクラス
ター８の大きさは、クラスター８のピッチをも定めるこ
とになる。このピッチを基に最小クラスター間隔が定め
られる。

【００１７】図２（ｅ）に示すように、クラスター８が
ほぼ球形になるとして、円形の膜領域（半径：Ｒ）１０
を凝縮して半径ｒのクラスター８を形成すると、４／３
πｒ³＝πＲ²ｔここで、ｔは、膜２の膜厚を示す。例え
ば、厚さｔ＝１０ｎｍのアモルファス膜２を０．１μｍ
のビーム径のレーザ照射によって半径ｒが約５０ｎｍの
クラスター８を形成するため、レーザ光の膜２への照射
領域Ｒ＝５０ｎｍとすると、直径（２ｒ）が５４ｎｍの
クラスター８が形成される。また、他の条件はそのまま
で膜厚ｔのみを半分のｔ＝５ｎｍとすると、直径４２ｎ
ｍのクラスターが形成される。

【００１８】上述のように、円形の膜領域１０をクラス
ター８にするとき、膜領域１０のレーザ光の照射部が重
複すること無く走査された場合、円と円の隙間が残存膜
１１として残る。残存膜１１はディスクのアドレス方式
により異なる。残存膜１１の領域を最も少なくする配列
は、図２（ｃ）のように、三角格子であり（膜領域の半
径で表すと約０．１５Ｒ²）、また最も広い残存膜１１
の領域は、図２（ａ）のように、正方格子状に並んだ場
合である（膜領域の半径で表すと約０.８６Ｒ²）。クラ
スターが同心又は渦巻状に配列された場合、図２（ｄ）
のように、概ね正方格子の場合に近い。その値は大きく
ても、０.８６Ｒ²で、πＲ²の１／３以下であり、残存
膜１１が誤ったレーザ光の照射によってクラスター化し
ても、クラスターの大きさ（光の反射面積及び磁性体と
しての体積の二点）から感知されないことになる。また
残存膜１１がそのまま膜とし残ったとしても、光反射率
の差異や、非磁性体であるため情報の記録位置と誤られ
ることはない。また、レーザ光の照射の際、図２（ｂ）
のように、プローブ走査軌跡１２が隣あった領域で重複
するようにすれば、残存膜１１は極めて小さくなる。な
お図２（ａ）〜（ｄ）にはクラスター形状は記載してい
ない。

【００１９】上記例では、膜厚ｔ＝１０ｎｍ、光照射領
域の膜２が全てクラスター化し、クラスター８が最大の
大きさを作る条件で説明した。従って、膜厚ｔが薄くな
れば、照射エネルギーを弱めてもより小さいクラスター
が生成できる。膜厚ｔが数原子層程度（約１ｎｍ）で、
クラスターの径を１０ｎｍ程度にすることができる。

【００２０】レーザ光出力とクラスターの径の関係につ
いては、上述の膜厚程度に明確な対応はみられない。す
なわち、レーザ光がアモルファス膜２を溶融するとき、
レーザ照射領域での膜の温度上昇が溶融するに十分なも
のであったか、ディスク基板１の熱伝導等による熱損失
が十分に小さいものであったか、レーザ光の照射時間等
の条件によって変わる。しかし、レーザ光出力の絶対値
が１〜１０ｍＷであれば十分である。すなわち、光照射
領域だけを温度上昇させるために必要なエネルギーは、
定性的には小さなクラスター径を得るには膜を薄く、小
さなレーザ出力でよく、厚い膜ではクラスター化するた
めのレーザ出力は大きなものが必要となる。

【００２１】さらにプロー部先端の大きさをどの程度の
近接場を用いるかによっても光ビーム径及び出力も異な
ってくる。因みに上記薄膜２を溶融させるために必要な
エネルギーは、高々、10~¹⁵ワット時(Ｗ・ｈ）であり、
実際には熱伝導などで失われる熱量の補給に費やされる
ため、ミリワット（ｍＷ）オーダのレーザ出力が必要と
なる。更に、光ビームの代わりに電子ビームを用いる
と、より微細なクラスターの形成が容易である。電子ビ
ームを用いる場合は、アモルファス膜は更に薄く１〜２
ｎｍとし、照射する電子ビーム径は１０ｎｍ程度とし、
径がおよそ４ｎｍのクラスターを得ることができる。

【００２２】＜実施形態２＞図３は、本発明による記憶
装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。本実
施形態は図１で説明した記録ディスクに情報を書き込む
書込部及び書き込まれた情報を読みだす読出部の構成部
である。書込部は、レーザ光源３、光ファイバー５、レ
ーザ光源３からの光を書き込むべき情報信号によって変
調し光ファイバー５に結合する収束系４からなり、光フ
ァイバー５の先端の記録ディスクを照射する部分は、微
細な径に加工されて探針プローブ６を構成する。探針プ
ローブ６の先端の径は光波長以下の径とする。

【００２３】本実施形態に使用する光磁気ディスクは、
クラスターは定位置に形成し、クラスター形成時、すな
わちレーザ光照射時に光と同じに交流磁界を加え、アモ
ルファス磁性薄膜２を溶融して、消磁された状態のクラ
スターを形成したものを使用する。情報の記録（書き込
み）は探針プローブ６の根元周囲に配したコイル７によ
って、情報に応じて磁界をかけ、クラスター８を垂直方
向に磁化する。

【００２４】記録された情報の読み取りは、先端を微細
に加工した光ファイバープローブ６の周囲をＦｅ，Ｃｏ
あるいはＮｉからなる磁性体９をコーテイングしておく
ことによってその同軸周囲のコイル７によって検出す
る。すなわち、記録済みクラスター８の位置では、探針
の磁性体９とクラスター８のそれぞれの磁化方向による
が、引力、斥力のいずれかを感じて動こうとする。この
とき、所謂、磁気力顕微鏡（ＭＦＭ）のようにプローブ
が力によって大きく動く必要はなく、動こうとして、初
速を与えられる瞬間、コイル７では渦電流を検出する。
この渦電流を読み取り信号として検出する。また当然の
ことながら、磁気力顕微鏡ＭＦＭと同様にして変位とし
て検出しても良いが、読み取り速度が劣る。

【００２５】また、読み取り時に、光ファイバープロー
ブ６でクラスター８に光を照射して、情報の記録状態に
による反射量の変化を検出光学形１０で検出するように
構成してもよい。この場合は磁性体９は不要となる。

【００２６】記録情報の消去は、上記消磁された状態の
クラスターを形成と同様にコイル７の交流を加えること
により、磁化されたクラスターの磁化を消磁する事によ
って行う。なお、記録情報の消去や書き直しを行わな
い読み取り専用の記憶装置として使用する場合は、情報
“１”、“０”に対し、一方をクラスターとし、他方を
クラスター化しない形態とするようにしてもよい。この
場合は情報の読み出しは、クラスター部８と膜２の光の
反射率の差を検出光学系１３で検出するだけでよい。

【００２７】＜実施形態３＞図４は本発明による記憶装
置の他の一実施形態の構成を示すブロック図である。本
実施形態は図１で説明した記録ディスクに情報を書き込
む書込部及び書き込まれた情報を読みだす読出部の構成
部である。本実施形態では、光磁気ディスクとして、ク
ラスターとなる材質にＧｅ，Ｓｂ，Ｔｅなどの光磁気効
果を持つ磁性材料から構成される合金を用いた光磁気デ
ィスクを使用する。すなわち、図１の光磁気ディスクの
製造方法において、アモルファス膜２をＧｅ，Ｓｂ，Ｔ
ｅなどの磁性材料から構成される合金で形成する。

【００２８】情報の記録は上記＜実施形態２＞と全く同
様にして記録する。記録情報の読み出しには、直接磁化
として検出することなくレーザー光源３と収束系４の
間、もしくは収束系４と光ファイバー５との間に偏光プ
レート２０及びハーフミラー２１を挿入し、磁化の有無
を一定の偏光角度の光強度の有無として検出器２２で検
出する。従来から相変化型記録方式の媒体として知られ
たものである。この合金は、通常は非晶質であり電気伝
導性もあまり良くないが、加熱して溶けた状態から結晶
化させると良い電気伝導性を示す。すなわち、同じ素材
ではあるが従来の相変化に伴う表面形状や反射率などに
起因する記録原因とは異なった記録方法を実現できる。

【００２９】なお上記実施形態２及び３には情報の書き
込み、読み出し部のいわゆるヘッダ部のみを示したが、
他のディスク機構駆動部、信号処理部は、従来知られて
いる光磁気ディスクを用いた記憶装置、あるいは相変化
型光ディスクを使用した記憶デバイスと全く同様の装置
で実現できるので、その詳細な説明は省く。

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば、従来の光磁気ディスク
よりも記録単位としてはるかに小さい大きさ（50nm程
度）を実現でき、記憶容量の大きい光磁気ディスクを実
現ででき、光磁気ディスクの製作及び記憶再生装置の製
作が、従来技術と比較して困難な点も殆どなく実現でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による光磁気ディスクの製造方法を説明
する図

【図２】本発明による光磁気ディスクのクラスターの配
置を説明する図

【図３】本発明による記憶装置の一実施形態も構成を示
すブロック図

【図４】本発明による記憶装置の他の実施形態も構成を
示すブロック図

【符号の説明】

１：磁性体基板、２：磁性体膜、３：レーザー光源、
４：収束光学系、５：光ファイバー、６：光ファイバー
を尖らせたプローブ、７：コイル、８：磁性体クラスタ
ー、９：磁性体コーテイング、１０：円形の膜領域、１
１：残存膜、１２：プローブ走査軌跡、１３：検出光学
系、１４：偏光プレート、１５：ハーフミラー、１６：
検出光学系。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者富松聡東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板となる基体表面に情報の記録単位とな
る磁性体のクラスターを多数形成してなることを特徴と
する光磁気ディスク。
【請求項２】上記磁性体がＦｅ，Ｎｉ，Ｃｒの少なくと
も一つを含む磁性体である請求項１記載の光磁気ディス
ク。
【請求項３】上記磁性体がＧｅ，Ｓｂ，Ｔｅの少なくと
も一つを含む磁性体である請求項１記載の光磁気ディス
ク。
【請求項４】基板となるディスク基体表面に磁性体膜を
コーテイングする工程と、上記磁性体膜に照射ビームを
照射し磁性体膜を凝集させて情報の記録単位となるクラ
スター上記クラスターを形成する工程とを有することを
特徴とする光磁気ディスクの製造方法。
【請求項５】上記照射ビームが光ビームか電子ビームの
いずれかであることを特徴とする請求項４記載の光磁気
ディスクの製造方法。
【請求項６】上記磁性体膜の磁性体がＦｅ，Ｎｉ，Ｃ
ｒ，Ｇｅ，Ｓｂ，Ｔｅの少なくとも一つを含む磁性体で
ある請求項４又は５記載の光磁気ディスクの製造方法。
【請求項７】請求項１記載の光磁気ディスクと、上記光
磁気ディスクに情報を書き込む書込部と、上記光磁気デ
ィスクに記憶された情報を読み出す読出部とをもち、上
記書込部が上記クラスターを磁化可能なコイルをもち、
上記読出部は上記クラスタの磁化をクラスター毎に検出
するコイルをもつことを特徴とする記憶装置。
【請求項８】請求項１記載の光磁気ディスクと、上記光
磁気ディスクに情報を書き込む書込部と、上記光磁気デ
ィスクに記憶された情報を読み出す読出部とをもち、上
記読出部が光ファイバープローブ周囲に磁化信号を検出
するコイルを配置して構成されたことを特徴とする記憶
装置。
【請求項９】請求項１記載の光磁気ディスクと、上記光
磁気ディスクに情報を書き込む書込部と、上記光磁気デ
ィスクに記憶された情報を読み出す読出部とをもち、上
記読出部が光ファイバープローブから偏光を上記磁性体
のクラスターに照射してその反射光を検出する光ファイ
バープローブで構成されたことを特徴とする記憶装置。
【請求項１０】基板となる基体表面にエバネッセント波
を照射したとき情報の記録単位となるクラスターを形成
する数〜数十原子層からなる磁性体薄膜設けたことを特
徴とする光磁気ディスク。