KR0157654B1 - 광자기 기록매체 및 이것을 이용한 광자기 기록 정보의 재생방법 - Google Patents

광자기 기록매체 및 이것을 이용한 광자기 기록 정보의 재생방법 Download PDF

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요시떼루 무라까미
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겐지 오다
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쯔지 하루오
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Abstract

판독층과 기록층이 형성되어 있는 광자기 디스크는, 거의 실온 상태에서 판독층의 자화 방향을 기록층의 자화 방향과 반대 방향으로 향하게 하기 위해 필요한 최소의 외부 자계(H1)와 설정 온도이상의 고온 상태에서 판독층의 자화방향이 기록층의 자화방향과 일치하는 방향을 향하게 하기 위해 필요한 최대의 외부 자계(H4)와의 사이에 H1H4가 되는 관계를 가지고 있고, 또, 판독층과 기록층 사이에, 판독층에 대한 기록층으로부터의 효과적인 바이어스 자계를 실온측에서 억제하는 중간층을 포함하고 있다. 재생시에 조사되는 레이저광의 중앙부 근방의 고온 온도영역만의 정보를 판독하여 기록밀도를 향상시킬 수 있다. 또, 재생시에 초기화 자계가 필요하지 않고, 또 재생 자계도 보다 작게 할 수 있으므로, 장치의 소형화ㆍ저소비 전력화의 감소를 도모할 수 있다.

Description

광자기 기록매체 및 이것을 이용한 광자기 기록 정보의 재생방법
제1도는 본 발명의 실시예에 있어서 광자기 디스크의 개략적인 구성 및 재생시의 동작 상태를 나타내는 설명도.
제2도는 제1도에 나타낸 광자기 디스크에 이용될 수 있는 판독층이 단층인 경우에 보자력(coercive force)의 온도 의존성 및 대표적인 온도에서의 카 히스테리시스 루프(Kerr hysteresis loop)를 나타내는 그래프.
제3도는 제2도의 그래프에 나타낸 측정 결과를 얻기 위해 제작된 시료를 나타내는 설명도.
제4도는 제1도에 나타낸 광자기 디스크에 이용될 수 있는 기록층이 단층인 경우의 보자력의 온도 의존성 및 대표적인 온도에서의 카 히스테리시스 루프를 나타내는 그래프.
제5도는 제1도에 나타낸 광자기 디스크에 있어서 자기 2중층인 판독층측으로부터 본 실온에서의 카 히스테리시스 루프를 나타내는 그래프.
제6도는 제1도에 나타낸 광자기 디스크에 있어서 자기 2중층인 판독층측으로부터 120℃에서의 카 히스테리시스 루프를 나타내는 그래프.
제7도는 제5도 및 제6도의 카 히스테리시스 루프를 측정하기 위해 제조된 시료를 나타내는 설명도.
제8도는 제1도에 나타낸 광자기 디스크에 있어서 자기 2중층인 기록층측으로부터 본 실온에서의 카 히스테리시스 루프를 나타내는 그래프.
제9도는 제1도에 나타낸 광자기 디스크에 있어서 자기 2중층인 기록층측으로부터 본 120℃에서의 카 히스테리시스 루프를 나타내는 그래프.
제10도는 판독층 단층의 실온에서의 카 히스테리시스 루프를 모식적으로 나타낸 그래프.
제11도는 제1도에 나타낸 자기 디스크에 있어서 자기 2중층인 판독층측으로부터 본 실온에서의 카 히스테리시스 루프를 모식적으로 나타낸 그래프.
제12(a)도 및 (b)도는 제11도에 나타낸 자기 2중층인 각 층의 포화 자화(saturation magnetization) 및 천이금속 부격자 자화(sublattice magnetization of a transition metal)의 방향을 나타내는 설명도.
제13도는 본 실시예의 광자기 디스크 및 종래의 광자기 디스크에 있어서 재생 레이저 출력과 재생신호 기록 진폭과의 관계를 나타내는 그래프.
제14도는 본 실시예의 광자기 디스크 및 종래의 광자기 디스크에 있어서 비트의 길이와 재생신호 품질과의 관계를 나타내는 그래프.
제15도는 본 실시예의 광자기 디스크 및 종래의 광자기 디스크에 있어서 크로스 토크량을 나타내는 그래프.
제16도는 본 실시예에 있어서 광자기 디스크의 재생 동작시의 상태를 나타내는 설명도.
제17(a)도 및 (b)도는 본 발명의 기타 실시예에 있어서 광자기 디스크의 판독층ㆍ중간층ㆍ기록층이 적층된 자기 3중층에서의 판독층측으로부터 본 카 히스테리시스 루프의 측정 결과를 나타내는 것으로, 제17(a)도는 실온에서의 측정 결과를 나타내는 그래프이고, 제17(b)도는 100℃에서의 측정 결과를 나타내는 그래프.
제18도는 상기 광자기 디스크의 구성 및 재생시의 동작 상태를 나타내는 설명도.
제19(a)도 및 (b)도는 상기 광자기 디스크에 있어서 판독층 단층의 자기 특성을 나타내는 것으로, 제19(a)도는 보자력의 온도 의존성을 나타내는 것과 함께 대표적인 온도에서의 카 히스테리시스 루프를 나타낸 그래프이고, 제19(b)도는 상기 자기 특성을 측정하기 위해 준비한 시료의 구성을 나타내는 설명도.
제20(a)도 및 (b)도는 상기 광자기 디스크에 있어서 중간층 단층의 자기 특성을 나타내는 것으로, 제20(a)도는 보자력의 온도 의존성을 나타내는 것과 함께 대표적인 온도에서의 카 히스테리시스 루프를 나타낸 그래프이고, 제20(b)도는 상기 자기 특성을 측정하기 위해 제작한 시료의 구성을 나타내는 설명도.
제21(a)도 및 (b)도는 상기 광자기 디스크에 있어서 기록층 단층의 자기 특성을 나타내는 것으로, 제21(a)도는 보자력의 온도 의존성을 나타내는 것과 함께 대표적인 온도에서의 카 히스테리시스 루프를 부기한 그래프이고, 제21(b)도는 상기 자기 특성을 측정하기 위해 준비한 시료의 구성을 나타내는 설명도.
제22도는 상기의 판독층ㆍ중간층ㆍ기록층이 적층된 자기 3중층에 있어서 카 히스테리시스 루프를 측정하기 위해 제작한 시료의 구성을 나타내기 위한 설명도.
제23(a)도 및 (b)도는 상기 자기 3중층에 있어서 기록층측으로부터 본 카 히스테리시스 루프의 측정 결과를 나타내는 것으로, 제23(a)도는 실온에서의 측정 결과를 나타내는 그래프, 제23(b)도는 100℃에서의 측정 결과를 나타내는 그래프.
제24도는 상기 광자기 디스크에 있어 재생 레이저 출력과 재생신호 진폭과의 관계에 대해 측정한 결과를 나타내는 그래프.
제25도는 상기 광자기 디스크에 있어 기록 비트 길이에 대한 재생신호 품질(C/N)을 측정한 결과를 나타내는 그래프.
제26도는 상기 광자기 디스크에 있어 크로스 토크량에 관한 측정 결과를 나타내는 그래프.
제27도는 상기 광자기 디스크에 있어서 재생광 빔을 조사할 때의 온도 분포를 모식적으로 나타내는 평면도.
제28도는 본 발명의 기타 실시예에 있어 광자기 디스크에서의 중간층 단층의 보자력의 온도 의존성을 나타내는 것과 함께, 대표적인 온도에서의 카 히스테리시스 루프를 나타낸 그래프.
제29(a)도 및 (b)도는 제28도의 중간층을 개입시킨 자기 3중층에 있어서 판독층측으로부터 본 카 히스테리시스 루프의 측정 결과를 나타낸 것으로, 제29(a)도는 실온에서의 측정 결과를 나타낸 그래프, 제29(b)도는 100℃에서의 측정 결과를 나타내는 그래프.
제30(a)도 및 (b)도는 자기 2중층을 포함하는 비교용의 광자기 디스크에서의 판독층측으로부터 본 카 히스테리시스 루프의 측정 결과를 나타낸 것으로, 제30(a)도는 실온에서의 측정 결과를 나타내는 그래프, 제30(b)도는 100℃에서의 측정 결과를 나타내는 그래프이며, 제30(c)도는 상기 측정을 위해 제작한 비교용 시료의 구성을 나타내는 설명도.
제31도는 종래예에 있어 광자기 디스크를 이용한 RAD 방식에서 재생시의 동작 상태를 나타내는 설명도.
제32도는 기타 종래예에 있어 광자기 디스크를 이용한 FAD 방식에서 재생시의 동작 상태를 나타내는 설명도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 기판 2 : 투명 유전체층
3 : 판독층 4 : 기록층
5 : 보호층 6 : 오버코트층
7 : 재생광 빔 10 : 유리 기판
12 : AlN유전체 층 91 : 판독층
92 : 기록층 93, 104 : 레이저 광
101 : 판독층 102 : 기록층
103 : 중간층 Hint: 초기화 자계
Hr: 재생 자계 S : 스포트
SH: 고온 영역 凹 : 그루브
凸 : 랜드
본 발명은 광자기 디스크, 광자기 테이프, 광자기 카드 등과 같이 광자기 기록 재생 장치에 이용되는 광자기 기록매체 및 이것을 이용한 광자기 기록 정보의 재생 방법에 관한 것이다.
광자기 디스크는 재기입가능한(rewritable) 광 디스크로서 연구개발이 진행되고 있고, 그 일부는 이미 컴퓨터용의 외부 메모리로서 실용화되어 있다.
기록 매체로서 수직 자화막을 이용하는 광자기 디스크는 광을 이용하여 기록을 재생시키기 때문에, 면내 자화막을 이용한 플러피 디스크 또는 하드디스크에 비해 큰 기록 용량을 실현할 수 있다.
그런데, 광자기 디스크의 기록 밀도는 광자기 디스크 상의 광 빔 스포트의 크기로 제한된다. 즉, 기록 비트 직경 및 기록 비트의 간격이 광 빔의 스포트 크기에 비해서 작게 되면, 광 빔 스포트 내의 복수의 기록 비트가 들어가므로, 각 기록 비트를 분리시켜 재생할 수 없게 된다.
따라서, 기록 밀도를 향상시키기 위해서는 광 빔의 스포트 크기를 작게 하는 것이 필요하며, 여기에는 재생용 광 빔으로서 사용될 수 있는 레이저 광의 파장을 단축하는 것이 효과적이다. 그러나, 현재 시판되고 있는 반도체 레이저는 680㎚의 파장인 것이 최단이고, 더 짧은 파장을 갖는 반도체 레이저는 현재 개발 중에 있다. 따라서, 종래의 광자기 디스크로 기록 밀도를 향상시키는 것은 곤란하다.
이것에 대해, 예컨대, 「Jap. Jour. Appl. Phys., Vol. 31(1992) pp.568 내지 575」에는 각각 수직 자기 이방성을 갖는 자성층으로부터 제조된 판독층과 기록층을 상호 적층시켜 구성된 광자기 디스크가 기재되어 있고, 이 광자기 디스크를 이용하여, 레이저 스포트 크기보다도 작은 영역으로부터 기록 비트를 판독하는 2개의 방법(RAD와 FAD)이 제안되어 있다.
이러한 방법은 레이저 광을 조사시켰을때 그 조사 영역의 온도가 상승하고, 이 때의 온도 분포가 레이저 스포트 내에서 중심 근방보다 높아지는 것을 이용하므로, 상기의 판독층과 기록층은 중심 근방의 고온 영역과 그 주변의 저온 영역(~실온 영역)을 구별하기 위한 설정 온도를 사이에 둔 고저온도 상태를 서로 상이한 자기특성을 갖도록 구성되어 있다.
제31도에는 상기 RAD(Rear Aperture Detection) 방식의 원리적인 구성이 나타나 있다. 상기 도면에 도시된 바와 같이, 이 때의 광자기 디스크는 상호 적층시킨 판독층(91)과 기록층(92)과의 자기 2중층이 구비되어 있고, 재생시에는 먼저, 실온 상태에서 초기화 자계(Hint)가 인가된다. 이 초기화 자계(Hint)는 실온에서 판독층(91)의 보자력(保磁力)과 그 보다 더 큰 기록층(92)의 보자력 간의 크기로 설정되며, 이에 따라 판독층(91)의 자화 방향만이 이 초기화 자계(Hint) 방향으로 배열되어 초기화된다.
이어서, 레이저 광(93)이 조사되는 것과 함께, 초기화 자계(Hint)와는 방향이 반대인 재생 자계(Hr)가 인가된다. 이때, 레이저 광(93)의 조사 영역에서는, 이 중심 근방이 상기 설정 온도를 초과하는 고온 상태로 된다. 이 고온 상태에서, 판독층(91)의 보자력과 기록층(92)으로부터 작용하는 교환 결합력(exchange-coupling force)이 합쳐져서 상기 재생 자계(Hr)가 설정되어 있다. 즉, 고온 상태에서는 판독층에 작용하는 교환 결합력과 재생자계(Hr)의 값이 판독층(91)의 보자력보다도 크게 되도록 설정되어 있고, 따라서, 초기화 후에 기록층으로 향하여 있는 판독층(91)의 자화 방향은, 상술한 바와 같이 고온 상태로 되는 때에는, 기록층(92)으로 부터의 교환 결합력이 작용하는 방향으로 반전되어 기록층(92)의 기록 정보가 전사된다.
이 결과, 레이저광(93)의 조사 영역내에 있어서, 설정 온도보다도 낮은 주변 영역에서는 기록층(92)이 판독층(91)으로 마스크되어, 레이저 스포트 크기보다 작은 중심 근방의 고온 영역으로부터만, 기록 비트의 판독이 가능하게 된다.
한편, FAD(Front Aperture Detection) 방식에서의 광자기 디스크는, 제32도에 나타낸 바와 같이, 판독층(101)과 기록층(102)의 사이에, 특히, 수직 자기 이방성을 갖는 것과 함께 큐리 온도(Curie temperature)가 상기 설정 온도보다도 낮은 중간층(103)을 형성하도록 구성되어 있다.
상기 구성에서는, 저온 상태에서 판독층(101)과 기록층(102)과의 사이에 중간층(103)이 개입되어 교환결합력이 작용하고, 이것에 의해, 판독층(101)의 자화방향은 기록층(102)의 자화 방향과 일치되어 있다. 재생시에는, 상기와 같이 레이저광(104)과 함께 재생 자계(Hr)가 인가된다. 이 때, 레이저 스포트(S)내에 있어 중앙 근방의 설정 온도를 초과하는 고온 영역(SH)으로, 중간층(103)이 그 큐리 온도를 초과하여, 이것에 의해 판독층(101)과 기록층(102)과의 교환결합력이 작용하지 않게 된다. 그 결과, 판독층(101)의 자화 방향은, 기록층(102)의 자화 방향과는 무관하게, 재생 자계(Hr)의 방향으로 배열되어 레이저 스포트(S)내의 중심 근방 영역(SH)은, 판독층(101)으로 마스크된 상태가 된다.
그 결과, 레이저 광의 조사 영역 중에서, 중심 근방의 고온 영역(SH)을 제외한 주변 영역(SL)(디스크가 회전 구동되고 있는 상태에서는, 고온 영역(SH)이 도면과 같이 타원형으로 되기 때문에, 이 고온 영역보다 외측에 있는 초승달 형태의 영역)에 위치하는 기록 비트(Rb)의 판독이 행해지게 된다. 따라서, 레이저 스포트 직경(S)보다도 작은 주변 영역(SL)으로부터 기록 비트의 판독이 가능하게 되어, 빔 주행 방향의 기록 밀도를 향상시킬 수 있게 되어 있다.
또한, 일본 특허공개 제89-143041호 공보, 일본 특허공개 제89-143042호 공보에는 기록 비트를 재생시에 확대, 소거시키면서 재생시킴으로써 광 빔 주행 방향의 재생 분해능(선 기록 밀도)을 향상시키는 방법이 제안되어 있다. 특히, 일본 특허공개 제91-93058호 공보와 일본 특허공개 제92-255941호 공보, 일본 특허공개 제93-258372호 공보에는 광 빔 주행방향에서의 밀도뿐만 아니라, 트랙 밀도도 향상시킬 수 있는 신호 재생방법이 제안되어 있다.
그러나, 상기 RAD 방식에 있어서, 판독층(91) 및 기록층(92)에 있어서 실온 상태와 설정 온도 이상의 고온 상태에서의 각 자계 특성에 대해, 각각 개별적으로 설정된 초기화 자계(Hint) 및 재생자계(Hr)의 2종류의 외부자계를 필요로 하기 때문에, 기록 재생 장치가 대형화된다고 하는 문제를 가지고 있다.
또한, 상술한 FAD 방식에 있어서는, 레이저 스포트 내의 판독에 관여하는 부분의 형상이 중심 근방 영역(SH)의 외측 초승달모양의 영역(SL)이기 때문에 디스크의 주행 방향에 관하여서는 기록 밀도를 향상시킬 수 있지만, 트랙 피치를 좁게하여 행하는 경우, 인접 트랙으로부터의 신호가 혼입된 크로스 토크가 생성되기 쉽고, 따라서 트랙과 직교하는 직경 방향의 밀도를 향상시키기 어렵다고 하는 문제를 가지고 있다.
한편, 일본 특허공개 제89-143041호 공보와 일본 특허공개 제89-143042호 공보에 기재되어 있는 방법은 선기록 밀도에 대해서는 개선된 것이나, 크로스 토크에 대해서는 통상의 광 디스크와 동일하며, 트랙 밀도를 개선하기가 어렵다. 일본 특허공개 제91-93058호 공보와 제92-255941호 공보에 개시된 방법으로는 선기록 밀도, 트랙 밀도가 모두 개선될 수 있지만, 재생층을 초기화하기 위해서는 자석이 필요하게 되어, 장치의 대형화가 초래된다. 또한, 일본 특허공개 제93-258372호 공보에 기재되어 있는 방법으로는 선 기록 밀도, 트랙 밀도가 모두 개선되고, 더구나 재생층을 초기화하기 위한 자석이 불필요하지만, 재생시에 필요한 외부자계가 크게 되어, 장치의 대형화, 소비 전력의 증대를 초래하게 된다.
본 발명의 목적은 기록밀도의 향상과 기록 재생 장치의 소형화ㆍ저전력화가 가능한 광자기 기록 매체 및 이것을 이용한 광자기 기록 정보의 재생 방법을 제공하는데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 있어서 제1의 광자기 기록 매체는 수직 자기 이방성을 갖는 자성층으로부터 이루어지며 정보가 기록된 기록층과, 상기 기록층 위에 형성되고 수직 자기 이방성을 갖는 자성층으로부터 제조되며, 광 빔을 조사하는 것에 의해 상기 기록층에 기록되어 있는 정보의 판독이 이루어지는 판독층을 포함하고, 상기 판독층과 상기 기록층은 거의 실온상태에서 판독층의 자화 방향을 기록층의 자화방향과의 역방향이 되도록 하기 위해 필요한 최소의 외부자계(H1)와 소정 온도(tm)이상의 설정 온도(t)에서 판독층의 자화방향이 기록층의 자화방향과 일치하는 방향이 되도록 하기 위해 필요한 최대의 외부자계(H4)와의 사이에 H1H4가 되는 관계를 갖는 것이 특징으로 되어 있다.
또, 본 발명에 있어서 제2의 광자기 기록 매체는, 상기 제1의 광자기 기록 매체이고, 판독층의 두께를 h1, 실온(ta)에서의 판독층의 보자력을 Hc1(ta), 포화자화를 Ms1(ta), 판독층과 기록층 사이의 자벽 에너지(magnetic domain wall energy)를 σw(ta)로서, 또한 상기 설정 온도(t)에서의 판독층의 보자력을 Hc1(t), 포화자화를 Ms1(t), 판독층과 기록층 사이의 자벽 에너지를 σw(t)로서, 또 각 온도에서의 판독에 대한 기록층으로부터 유효 바이어스 자계를
Hw1(ta) = σw(ta) / 2Ms1(ta) h1
Hw1(t) = σw(t) / 2Ms1(t) h1
로 할때, 조건 Hc1(ta) + Hw1(ta) - Hc1(t) + Hw1(t) 을 만족시키는 것을 특징으로 하고 있다.
또한, 본 발명에 의한 제3의 광자기 기록 매체는, 상기 제1의 광자기 기록 매체이며, 판독층과 기록층 사이에 형성되어 있는 자성층으로부터 제조되고, 판독층에 대한 기록층으로부터의 유효 바이어스 자계를 실온측에서 억제하는 중간층을 포함하고 있는 것을 특징으로 하고 있다.
또한, 본 발명에 의한 제4의 광자기 기록 매체는, 상기 제3의 광자기 기록체이며, 상기 판독층과 중간층으로 된 2층막의 두께를 h1', 실온(ta)에서의 판독층과 중간층으로 된 이층막의 보자력을 Hc1'(ta), 포화자화를 Ms1'(ta), 판독층과 기록층사이의 자벽 에너지를 σw'(ta)로 하며, 또, 상기 설정 온도(t)에서 판독층과 중간층으로 된 2층막의 보자력을 Hc1'(t), 포화자화를 Ms1'(t), 판독층과 기록층 사이의 자벽 에너지를 σw'(t)로 하고, 또, 각 온도에서의 판독층에 대한 기록층으로부터의 유효 바이어스 자계를
Hw1'(ta) = σw'(ta) / 2Ms1'(ta)h1'
Hw1'(t) = σw'(t) / 2Ms1'(t) h1'
로 할때, 조건 Hc1'(ta) + Hw1'(ta) - Hc1'(t) + Hw1'(t) 을 만족시키는 것을 특징으로 하고 있다.
또한, 본 발명에 의한 제5의 광자기 기록 매체는, 상기 제3의 광자기 기록 매체로서, 상기 중간층은 단층에 있어서 실온으로부터의 온도 상승에 따라 자화 방향이 면내 방향으로부터 수직 방향으로 변하는 자성층으로부터 형성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 의한 제1의 광자기 기록 정보의 재생방법은 상기 제1의 광계 자기 기록 매체를 이용하며, H1Hr H4의 관계를 만족시키는 외부자계(Hr)를 광빔 조사영역의 전체에 걸쳐 거의 균일하게 인가하면서, 판독층에서 자화방향에 따라 광빔의 변화를 검출하여 기록 정보를 판독하는 스텝을 포함하고 있는 것을 특징으로 하고 있다.
또한, 본 발명에 의한 제2의 광자기 기록 정보의 재생 방법은 상기 제1의 광자기 기록 정보의 재생 방법으로, 상기 정보를 판독하는 스텝에 있어서, 판독층의 두께를 h1, 실온(ta)에서 판독층의 보자력을 Hc1(ta), 포화자화를 Ms1(ta), 판독층과 기록층과의 자벽 에너지를 σw(ta)로 하고, 또한, 상기 설정 온도(t)에 의한 판독층의 보자력을 Hc1(t)로 하며, 또, 포화자화를 Ms1(t), 판독층과 기록층 사이의 자벽 에너지를 σw(t)로 하고, 또, 각 온도에서의 판독층에 대한 기록층으로부터의 유효 바이어스 자계를
Hw1(ta) = σw(ta) / 2Ms1(ta)h1
Hw1(t) = σw(t) / 2Ms1(t) h1
로 하며, 상기 기록층의 두께를 h2, 실온(ta)에서의 기록층의 보자력을 Hc2(ta), 포화자화를 Ms2(ta), 상기 설정 온도(t)에서의 기록층의 보자력을 Hc2(t), 포화자화를 Ms2(t)로 하고, 또 각 온도에서의 기록층에 대한 판독층으로부터의 유효 바이어스가 자계를
Hw2(ta) = σw(ta) / 2Ms2(ta)h2
Hw2(t) = σw(t) / 2Ms2(t) h2
로 할때,
Hc1(ta) + Hw1(ta) Hr - Hc1(t) + Hw1(t)
HrHc2(ta) - Hw2(ta)
HrHc2(t) - Hw2(t)
의 관계를 만족시키는 외부자계(Hr)를 인가하는 것을 특징으로 하고 있다.
또한, 본 발명에 있어서 제3의 광자기 기록 정보의 재생 방법은, 상기 제1의 광자기 기록 매체의 재생 방법으로, 상기 정보를 판독하는 스텝에 있어서, 상기 제3의 광자기 기록 매체를 이용하여 상기 판독층과 중간층으로 된 2층막의 두께를 h1', 실온(ta)에서의 판독층과 중간층으로 된 2층막의 보자력을 Hc1'(ta), 포화자화를 Ms1'(ta), 판독층과 기록층 사이의 자벽 에너지를 σw'(ta)로 하고, 또 상기 설정온도(t)에서의 판독층과 중간층으로 된 이층막의 보자력 Hc1'(t), 포화자화를 Ms1'(t), 판독층과 기록층 사이의 자벽 에너지를 σw'(t)로 하고, 또 각 온도에서의 판독층에 대한 기록층으로부터의 유효 바이어스 자계를
Hw1'(ta) = σw'(ta) / 2Ms1'(ta) h1'
Hw1'(t) = σw'(t) / 2Ms1'(t) h1'
로 하며, 상기 기록층의 두께를 h2, 실온(ta)에서의 기록층의 보자력을 Hc2(ta), 포화자화를 Ms2(ta), 또 설정 온도(t)에서의 기록층의 보자력을 Hc2(t), 포화자화를 Ms2(t)로 하고, 또 각 온도에서의 기록층에 대한 판독층으로부터의 유효 바이어스 자계를
Hw2(ta) = σw'(ta) / 2Ms2(ta) h2
Hw2(t) = σw'(t) / 2Ms2(t) h2
로 할때,
Hc1'(ta) + Hw1'(ta) Hr- Hc1'(t) + Hw1'(t)
HrHc2(ta) - Hw2(ta)
HrHc2(t) - Hw2(t)
의 관계를 만족시키는 외부자계(Hr)를 인가하는 것을 특징으로 하고 있다.
상기 제1의 광자기 기록 매체의 구성에 의하면, 광 빔의 강도는, 상기 제1의 재생방법에 기재된 바와 같이, 조사 영역내에 있어 중심부 근방(이하, 고온 영역이라고 함)에서 설정 온도이상으로 되고, 그 주변(이하, 저온 영역이라 함)에서 거의 실온 상태가 되도록 설정하고, 또한 H1과 H4사이에 설정된 외부자계(Hr)를 인가하면서 재생하는 것에 의해, 광 빔 내에 고온 영역으로부터만 정보재생을 행할 수 있다.
즉, 저온영역에서, 상기의 자계(H1)보다도 큰 외부자계(Hr)가 인가되는 것에 의해, 판독층의 자화방향은 기록층의 자화방향이 외부자계(Hr)와 상이한 부분에서도 상기 기록층의 자화방향에 대해 반전된다. 그 결과, 판독층의 자화 방향은 외부 자계 Hr의 방향에 대해 일정하게 배열되어, 기록층에 기록되어 있는 정보가 마스크된다.
한편, 고온 영역에서, 상기의 외부자계(Hr)가 저온 영역과 동일하게 인가되고 있는 경우에도, 그 외부자계(Hr)는 상기의 자계 H4보다도 작기 때문에, 상기의 저온 영역 통과시에 외부자계(Hr)의 방향을 따라 배열된 판독층의 자화방향은 기록층의 자화방향과 마주 대하는 부분에서, 외부자계 Hr의 방향에 대항하여, 기록층의 자화방향과 일치하는 방향으로 반전되고, 이것에 의해 기록층의 기록 정보가 판독층으로 전사된다.
이와 같이, 광 빔의 조사 영역에 단일의 외부자계(Hr)를 인가하는 것으로, 광 빔 조사 영역에 있어 중심부 근방에만 기록층의 기록 정보가 판독층으로 전사되고, 그 주변의 기록층의 정보는 마스크된 상태로 되어 정보의 재생이 이루어진다. 이것에 의해, 재생시의 분해능이 향상되고, 따라서, 트랙 피치가 좁아져도 크로스 토크가 증대되는 일이 없고, 그 결과, 트랙 주행 방향과 함께 트랙에 직교하는 방향의 기록 밀도를 종래보다도 향상시키는 것이 가능하게 된다.
또한, 이것을 초기화용의 자계 없이도 실현할 수 있기 때문에, 장치의 소형화ㆍ저전력화의 감소를 도모할 수 있다.
더구나, 상기 제3도의 광자기 기록 매체의 구성에서, 판독층에 대해 기록층으로부터 유효 바이어스 자계를 실온측으로 억제하는 중간층이 형성되어 있고, 이것에 의해 상기의 H1이 더 작아지게 되므로, 이 H1에 대해 외부자계(Hr)자체를 더 작게 할 수 있다. 따라서, 외부자계를 발생시키기 위한 구성부품 등을 보다 소형화할 수 있게 되고, 그 결과 장치 전체의 소형화ㆍ저전력화를 도모할 수 있다.
상기 제1의 광자기 기록매체는, 예컨대 상기 제2의 광자기 기록 매체 구성과 같아, 판독층과 기록층 간의 관계식을 만족시키도록 제조하는 것에 의해 구성할 수 있다. 동일하게, 예컨대 상기 제4의 광자기 기록 매체의 구성과 같이, 판독층과 중간층을 대면시킨 2중층과 기록층 사이의 관계식을 만족시키도록 제조함으로써 구성할 수 있다. 또한, 이때, 상기 제2 또는 제3의 재생 방식에 기재되어 있는 조건을 만족시키는 외부자계(Hr)를 광빔 조사영역 전체에 걸쳐 거의 균일하게 인가하면서, 판독층에 의한 자화 방향에 대해 광빔의 변화를 검출하는 기록 정보를 판독하는 것으로, 기록 밀도의 향상과 외부자계의 저감에 의한 장치의 소형화ㆍ저소비 전력화가 가능해진다.
더우기, 상기 제2도의 광 기록 매체의 구성에 있어서, Hc1(ta) + Hw1(ta) 은 상기 H1에, 또한 - Hc1(t) + Hw1(t)는 상기 H4에 각각 해당된다. 동일하게, 상기 제4도의 광자기 기록 매체의 구성에 있어서, Hc1'(ta) + Hw1'(ta) 은 상기 H1에, 또한 - Hc1'(t) + Hw1'(t) 은 상기 H4에 각각 해당된다. 또한, 상기 제2 또는 제3의 재생 방법에 기재되어 있는 조건식에 있어서, HrHc2(ta) - Hw2(ta)와 HrHc2(t) - Hw2(t)는, 기록층의 자화 방향을 외부자계(Hr)에 의해 반전시키지 않도록 하기 위한 조건이고, 이 조건을 특히 만족시키도록 하기 위해, 외부자계(Hr)에 따른 기록층의 기록 정보를 파괴하지 않고, 안정된 재생 동작을 유지할 수 있다.
한편, 상기 제5의 광자기 기록 매체의 구성과 같이, 중간층을 단층에서 실온으로부터 온도의 상승에 따라 자화 방향이 면 내 방향으로부터 수직 방향으로 변하는 자성층으로 구성하는 것에 의해 판독층에 대한 기록층으로부터 유효 바이어스 자계가 실온측에서 보다 확실하게 제어된다. 이것에 의해, 재생시에 인가해야 할 외부자계(Hr) 보다 작게 하는 것이 가능하므로, 장치 전체를 보다 소형화는 것과 함께, 소비 전력을 저감하는 것이 가능하게 된다.
본 발명의 제1실시예를 제1도 내지 제11도를 참조하여 다음과 같이 설명한다.
본 실시예의 광자기 디스크(광자기 기록매체)는, 제1도에 도시된 바와 같이, 기판(1), 투명 유전체층(2), 판독층(3), 기록층(4), 보호층(5) 및 오버코트층(6)이, 이 순서대로 적층된 구성으로 되어 있다.
상기 판독층(3)에는 페리 자성체인 GdFeCo 희토류 천이 금속 합금이 사용되고 있고, 희토류 금속 부격자 자화와 천이 금속 부격자 자화가 반 평행(anti-parallel)하게 커플링되어 있다. GdFeCo 희토류 천이 금속 합금 단층(두께 50㎚)의 보자력(Hc)의 온도 의존성은 제2도에 나타낸 바와 같이 되고, 실온에서 희토류 금속 부격자 자화가 천이 금속 부격자 자화보다도 크게 되어, 보상온도가 130℃부근에 이르고, 큐리 온도는 330℃이다. 이 막은 수직 자기 이방성이 비교적 작기 때문에, 실온에서의 Hc의 값은 비교적 작은 것으로 되어 있다.
한편, 도면에서는 대표적인 온도에서의 카 히스테리시스 루프도 동시에 나타내고 있다. 여기서 사용된 GdFeCo막은 단층인 경우, 200℃이상에서 외부자계가 0인 때에 거의 도면 내 방향으로 자화가 향하고 있으나, 저온에서는 자화가 수직 방향을 향하고 있다. 통상, 이와 같은 데이타를 얻기 위해서 준비한 시료는, 제3도에 나타낸 바와 같이, 유리 기판(10)측에 자성층(11)으로서 GdFeCo막을 50㎚, AlN유전체 층(12)을 50㎚ 적층시킨 것으로, 유리 기판(10)측으로부터 633㎚의 광을 조사시켜 측정한다.
상기 기록층(4)에는 페리 자성체인 DyFeCo 회토류 천이 금속 합금이 사용되고 있고, 판독층(3)과 같이, 회토류 금속 부격자 자화와 천이금속 부격자 자화가 반평행하게 커플링되어 있다. DyFeCo 회토류 천이금속 합금 단층(두께 50nm)의 보자력(Hc)의 온도 의존성은, 제4도에 나타낸 바와 같이 되고, 보상온도가 실온이고, 큐리 온도는 230℃이다. 도면에는 대표적인 온도에서의 카 히스테리시스 루프도 동시에 나타나 있다.
여기서 사용되는 DyFeCo 막은 단층인 경우, 실온으로부터 큐리 온도에 이르는 온도 영역에서 수직 방항으로 자화가 향하게 되어 있다.
통상, 이러한 데이타를 얻기 위해 제조된 시료는 유리 기판(10)상에 DyFeCo 막을 50nm, AlN유전체 층(12)을 50nm씩 적층시킨 것이고, 유리 기판(10)측으로부터 633nm의 광을 조사하여 측정한다.
제5도 내지 제6도는, 상술한 GdFeCo막 및 DyFeCo 막을 각각 50㎚씩 적층시킨 자기 2중층을 포함하는 시료 GdFeCo측에서 본 대표적인 온도에서의 카 히스테리시스 루프를 나타낸 것이다. 제조된 시료는, 제7도에 나타낸 바와 같이, 유리 기판(13)상에 GdFeCo막으로 된 판독층(14), DyFeCo 막으로 된 기록층(15), 및 AlN유전체 층(16)을 순서대로 적층시킨 구조로 되어 있다. 측정은 유리기판(13)으로부터 633㎚의 광을 조사시켜 행한다.
통상, 제5도는 실온, 제6도는 120℃에서의 루프이다. 각 도면 모두 제7도에 나타낸 샘플의 막면에 수직 방향으로 인가된 외부자계(H)와, 막면에 수직인 방향으로부터 광을 입사시킨 경우의 극 카 회전각(polar kerr rotation angel)(θK)의 관계를 나타내고 있다. 또한, 유리 기판의 카 효과는 캔슬되어 나타나 있다. 도면 중의 실선의 화살표는 루프의 궤적이 그리고 있는 방향을 나타내고 있다. 또한, 각 도면에는 대표적인 자계에서의 상기 자기 2중층 중의 천이 금속 부격자 자화와 자화 방향을 모식적으로 나타내고 있다. 도면 중의 백색 화살표는 천이 금속 부격자 자화의 방향을 나타내고 있고, 위쪽 방향이 판독층(14)의 천이 금속 부격자 자화, 아래쪽 방향이 기록층(15)의 천이 금속 부격자 자화를 나타내고 있다. 또한, 파선으로 나타낸 화살표는 외부 자계(H)의 방향이다. 외부자계(H)가 정(正)일 때에는, 막 면에 수직으로 위로 향하는 자계가 인가되는 반면, 외부자계(H)가 부(負)일 때에는 아래쪽의 자계가 인가된 것을 나타내고 있다. 천이 금속 부격자 자화의 방향을 나타내는 백색 화살표는, 그 외부자계(H)에서 채용된 방향에 대응하여 그 방향이 표시되어 있다.
제5도에 의해 명확하듯이, 실온에서 도면에 나타낸 H1이상의 크기를 갖는 외부자계(H)를 수직상방으로 인가하면, 판독층(GdFeCo 막)(14)의 천이 금속 부격자 자화는 외부자계(H)를 따라 하방으로 향하고, H2이하의 자계에서는 기록층(DyFeCo 막)(15)과의 교환결합력에 따라 위로 향하고 있다. 통상, 도면에 있어서 기록층(15)의 천이 금속 부격자 자화의 방향이 모든 외부자계(H)와 동일한 방향(도면에서는 위쪽 방향)으로 향하고 있는 것은, 기록층(15)의 실온에서 보상 온도를 유지하고 있는 것을 반영하고 있기 때문이다.
또한, 제6도는 - 1.2 ≤ H ≤ 1.2(kOe) 의 범위에서 외부자계(H)를 변화시킬때의 카 루프이다. 120℃에서는 도면에 나타낸 H3이상의 외부자계(H)에 있어서 판독층(14)의 천이 금속층 부격자 자화는, 외부자계(H)에 따라 아래쪽을 향하고, H4이하의 외부자계(H)에서는 기록층(15)으로부터의 교환 결합력에 따라 위쪽을 향한다. 통상, 도면에 있어 기록층(15)의 천이 금속 부격자 자화의 방향이 모두 통상적으로 위쪽으로 그려져있는 것은, 기록층(15)이 - 1.2 ≤ H ≤ 1.2(kOe) 의 범위에서 자화 반전을 일으키지 않는다는 것을 반영하고 있기 때문이다.
이어서, 여기서 측정한 시료에 AlN유전체 층(16)측으로부터 633㎚의 광을 조사하여, 기록층(15)의 카 히스테리시스를 측정한 결과는 제8도 및 제9도에 나타낸다. 측정은, -10 ≤ H ≤ 10(kOe) 의 범위에서 행한다. 제8도는 실온, 제9도는 120℃에서의 결과이다. 실온에서는 -10 ≤ H ≤ 10(kOe)의 범위에서 기록층(15)의 자화는 반전되지 않는다. 한편, 120℃에서는 H = 2.2kOe에서 기록층(15)의 자화가 반전된다.
상기의 특성이 구비된 자기 2중층을 사용하여, 적당한 외부자계하에서 레이저를 조사하여 정보를 재생하는 방법을 채용하면, 광자기 디스크의 기록 밀도를 향상시킬 수 있다. 즉, 광 빔의 크기보다도 작은 기록 비트의 재생이 가능하게 된다.
이것에 대해, 제5도 및 제6도를 참조하여 이하에 설명한다.
재생 동작시, 제1도에 나타낸 재생광 빔(7)이, 기판(1)측으로부터 집광 레이저(8)를 거쳐 판독층(3)에 조사된다. 재생광 빔(7)이 조사된 판독층(3)의 영역은 그 중심부 근방의 온도가 최고로 상승되고, 주변 부위보다도 고온으로 된다. 이것은 재생광 빔(7)이 집광 레이저(8)에 의해 회절 한계로 집중되어 있기 때문에, 그 광 강도 분포가 가우스 분포로 되고, 광자기 디스크 상의 조사부위의 온도 분포도 가우스 분포로 되기 때문이다.
중심 근방의 온도가 상승하고, 주변 부위의 온도가 실온 정도로 되도록 재생 광 빔(7)의 강도가 설정되어 있는 경우, 광 빔 크기보다도 작은 중심 근방의 영역만 재생에 관여한다. 즉, 판독층(3)에 있어 온도가 상승된 중심 근방의 영역은 제6도에 나타낸 바와 같은 특성을 갖는 한편, 판독층(3)의 재생광 빔(7)의 중심근방에 해당되는 영역이외의 주변 부근에서는 온도가 실온에 가깝고, 제5도에 나타낸 바와 같은 특성을 가지고 있다. 따라서, 자석(9)을 사용하여, H1와 H4의 사이를 취하는 외부자계(Hr)를 인가함으로써 상기 중심 근방의 영역내 판독층(3)의 천이 금속 부격자 자화는, 상기 외부자계(Hr)의 강도가 H4보다 작기 때문에, 기록층(4)으로부터의 교환 결합력에 따르고, 또한 상기 주변 부위의 판독층(3)의 천이 금속 부격자 자화는 상기 외부자계(Hr)의 강도가 H1보다 크기 때문에 자석(9)로부터 인가시킨 외부 자계(Hr)를 따르게 된다.
이와 같이, 본 실시예에서 사용한 자기 2중층은
으로 되는 조건을 만족시킬 필요가 있고, 또
을 만족시키는 외부자계(Hr)를 재생시에 인가하면, 재생광 빔(7)이 중심 근방의 영역에 대응하는 온도 상승부위에서만 기록층(4)의 정보가 판독층(3)에 전사되게 되고, 재생광 빔(7)의 중심 근방만이 정보 재생에 관여하게 된다. 즉, 온도 상승부 이외의 판독층(3)의 천이 금속 부격자 자화는 기록층(4)의 정보를 마스크하는 작용을 한다.
재생광 빔(7)이 이동하여(실제로는 광 자기 디스크가 회전하여), 다음 기록 비트를 재생시킬때에는, 앞의 재생 부위의 온도는 실온 근방까지 내려가고, 판독층(3)의 천이금속 부격자 자화는, 이제 기록층(4)의 천이금속 부격자 자화를 따르지 않고, 상기 외부자계(Hr)에 의해 온도 상승부 이외의 영역에서 천이금속 부격자 자화와 동일한 수직 방향을 향하게 되므로, 앞의 재생 부위는 마스크된다.
이 현상을 실현시키기 위한 조건을 일반적으로 설명하면 하기와 같다.
GdFeCo 막으로 된 판독층(3)의 두께를 h1, DyFeCo 막으로 된 기록층(4)의 두께를 h2, 실온에서의 판독층(3)의 보자력을 Hc1(ta), 포화자화를 Ms1(ta), 기록층(4)에서의 보자력을 Hc2(ta), 포화자화를 Ms2(ta), 계면에서의 자벽 에너지를 σw(ta)로 하고, 또한 120℃에 있어서 판독층(3)의 보자력을 Hc1(t), 포화자화를 Ms1(t), 기록층(4)의 보자력을 Hc2(t), 포화자화를 Ms2(t), 계면에서의 자벽 에너지를 σw(ta)로 한다.
먼저, H1, H4, Hc1(TA), Hc1(t), Hw1(ta), Hw1(t)의 관계에 대해 설명한다.
실온에서 판독층(3) 단층에서의 카 히스테리시스 루프를 제10도에, 판독층(3)과 기록층(4)으로 구성된 자기 2중층으로 되어있는 경우의 카 히스테리시스 루프를 제11도에, 각각 모식적으로 나타낸다. 도면 중 횡축은, 막 면에 수직인 방향으로 인가되어 있는 외부자계(H)이고, 종축은 막면에 수직인 방향으로부터 광을 입사시킨 경우의 극 카-회전 각(θK)이다. 파선은 외부자계(H)의 방향을 표시하며, 백색 화살표는 천이 금속부격자 자화의 방향을 표시하고 있고, 도면 중의 위쪽은 판독층(3), 아래쪽은 기록층(4)의 각 천이 금속 부격자 자화의 방향을 나타내고 있다.
제11도에 있어서 외부자계(H)가 정 방향(위쪽)으로 크게 되어 있으며, 외부자계(H)의 값이 상기 H1으로 되고, 각 층의 천이 금속 부격자 자화가 상태(i)로부터 상태(ii)로 천이된다. 여기서, 상태(i)은 외부자계(H)가 상기 H1에 도달하기 전에, 판독층(3)과 기록층(4) 모두, 천이 금속 부격자 자화의 방향이 도면 중에 위쪽으로 되어 있는 상태이다. 또한, 상태(ii)는, 외부자계(H)가 상기 H1에 도달한 후, 판독층(3)의 천이 금속 부격자 자화가 외부자계(H)와는 반대 방향을 향하고, 기록층(4)의 천이 금속 부격자 자화는 외부자계(H)가 H1에 도달하기 전의 방향대로 되어 있는 상태이다.
상기 천이 전후의 각 상태 (i), (ii)의 상세한 내용을 제12도의 (a)(b)에 각각 나타낸다. 여기서, 도면 중의 흑색 화살표는 각 층에 있어서 토탈 자화(포화 자화)의 방향을 표시하고 있다.
판독층(3)에서는 희토류 금속 부격자 자화 쪽이 천이 금속 부격자 자화보다도 크기 때문에, 포화 자화(Ms1(ta))는 천이금속 부격자 자화와 반대 방향을 향한다. 한편, 기록층(4)에서는 천이금속 부격자 자화 쪽이 희토류 부격자 자화보다도 크기 때문에, 포화자화(Ms2(ta))는 천이 금속 부격자 자화와 동일 방향을 향한다.
상태(i)의 에너지를 E1으로 하면,
로 된다.
한편, 상태(ii)의 에너지를 E2로 하면,
로 된다.
상태(i)로부터 상태(ii)로 천이될때, 그 에너지 차 E12는
로 된다.
이 에너지 차가 판독층(3)의 자화 반전을 일으키기 때문에,
이다.
식 (3), (4)에 의해,
으로 된다.
여기서, Hw1(ta) = σw(ta) / 2Ms1(ta) h1로 하면,
이 유도된다.
한편, H2는 H1보다 2Hc1(ta)만큼 작으므로,
가 유도된다.
식 (5), (6)을 보다 잘 알기 위해, 제11도에 나타낸 카 히스테리시스 루프는 제10도에 나타낸 카 히스테리시스 루프가 Hw1(ta)만큼 오른쪽으로 이동되어 형성되어 있다. 여기서, 상기 Hw1(ta)는, 유효 바이어스 자계(effective bias field)라고 한다.
그런데, 상기 사항은 120℃에서도 동일하게 형성되므로,
으로 되면, 상기와 동일하게 되어,
이 유도된다.
상기한 바와 같이 되어, H1, H4, Hc1(ta), Hc1(t), Hw1(ta), Hw1(t) 의 관계를 식 (5) 및 식 (7)에 나타낸 바와 같이 구할 수 있다.
상기 (5), (7)식을 상기 (2)식에 대입하면,
로 되고, 광자기 디스크의 자기 특성에 응한 외부자계(Hr)의 범위가 설정된다.
또한, 광자기 디스크에 형성되어 있는 자기 2중층은 상기 (1)에 의해,
을 만족시킬 필요가 있다.
상기 (9)식의 조건을 만족시키는 자기 2중층을 포함하는 광자기 디스크와, (8)식의 조건을 만족시키는 외부자계(Hr)를 조합시킨 것을 이용하여 재생시킬때의 상태는, 제1도에 나타나 있다. 도면에서 판독층(3) 및 기록층(4) 중에 나타낸 화살표는 각 층의 천이 금속 부격자 자화의 방향을 나타내고 있고, 온도가 상승된 부위에서만 기록층(4)에 기입한 정보가 판독층(3)에 전사되어 있다. 한편, 빔 중심근방이외의 실온 상태에 있는 영역에서는, 판독층(3)의 천이금속 부격자 자화가, 위쪽에 인가된 외부자계(Hr)에 의해, 일정하게 동일한 수직 방향(도면에서 아래쪽)을 향하고, 기록층(4)에 기입되어 있는 정보를 마스크하고 있다.
따라서, 온도가 저하된 부위로부터는 정보가 재생되지 않게 되고, 잡음의 원인인 인접 비트로부터의 신호 혼입이 없어진다. 따라서, 이때 외부자계(Hr)는 기록층(4)의 정보를 파괴하지 않는 정도의 크기인 것이 필요하다.
그런데,
로 되면, 실온 부근에서 기록층(4)의 자화를 반전시키는 외부 자계는, Hc2(ta) - Hw2(ta)이고, 상기 재생광 빔(7)이 조사됨으로써, 승온시킨 상태에 있는 기록층(4)의 자화를 반전시킬때의 외부자계는 Hc2(t) - Hw2(t)로 표시되므로, 상기 재생시에 인가되는 외부자계(Hr)는 이러한 값보다도 작은 범위로 설정되는 것이 필요하다.
따라서, 상기 외부자계(Hr)는
을 만족시키는 것이 필요하게 된다.
이 결과, 상기 (8), (9), (10), (11)식이 광자기 디스크와 재생시의 외부 자계(Hr)를 만족시키기 위한 조건이 된다. 본 실시예에 사용되는 자기 2중층은, 제5도 및 제6도로부터 알수 있는 바와 같이,
이고, 상기 (9)식을 만족시키고 있다.
또한, 제8도 및 제9도로부터 잘 알 수 있는 바와 같이,
이다.
그리고, 450 Hr 800(Oe)으로 되는 Hr을 선택하면 (8), (10), (11)식을 만족시키게 된다.
이상과 같이, 상술한 바와 같은 조건을 만족시키는 2중층을 갖는 본 실시예의 광자기 디스크를 이용하여, 적당한 레이저 출력으로, 또 적당한 외부자계(Hr)하에 정보를 재생하면, 재생광 빔(7)의 크기보다도 작은 기록 비트를 확실하게 재생시킬 수 있다. 더구나, 인접하는 기록 비트의 영향을 받지 않기 때문에, 기록 밀도를 현저하게 높일 수 있다. 또한, 초기화용의 자계를 필요로 하지 않게 하기 때문에, 이러한 광자기 디스크를 이용한 장치의 소형화도 실현가능하다.
이어서, 상기 광자기 디스크의 구체예를 더욱 상세히 설명한다.
기판(1)은, 직경 86㎜, 내경 15㎜, 두께 1.2㎜의 원반모양의 유리 기판으로부터 제조되고, 도시되어 있지 않으나 한쪽의 표면에는, 광 빔 안내용인 요철상의 가이드 트랙이 1.6㎛ 피치, 그루브(凹부)의 폭이 0.8㎛, 랜드(凸부)의 폭이 0.8㎛로 형성되어 있다.
이 기판(1)에서 상기 가이드 트랙이 형성된 면측에는 투명 유전체층(2)으로서, AlN이 두께 80㎚로 형성되어 있다.
특히, 이 투명 유전체층(2)위에는, 판독층(3)으로서 희토류 천이 금속 합금박막인 GdFeCo 막이 두께 50㎚로 형성되어 있다. GdFeCo의 조성은 Gd0.22(Fe0.82Co0.18)0.78로, 실온에서는 희토류 금속 부격자 자화가 천이 금속 부격자 자화보다도 우세하여, 보상 온도는 130℃부근, 큐리 온도는 330℃이다.
이 판독층(3)위에 있는 기록층(4)으로서, 희토류 천이 금속 합금 박막인 DyFeCo막이 두께 50㎚로 형성되어 있다. DyFeCo의 조성은 Dy0.25(Fe0.83Co0.17)0.75로, 실온이 보상 온도이며, 큐리 온도는 230℃이다.
상기의 판독층(3)과 기록층(4)을 조합시킴으로써 판독층(3)의 천이 금속 부격자 자화의 방향은 상술한 바와 같이 실온에서는 450(Oe)이상의 외부자계의 하에서 외부자계의 방향을 따르고, 120℃에서는 800(Oe)이하의 외부자계하에서 기록층(4)으로부터의 교환결합력을 따른다.
기록층(4)위에는, 보호층(5)으로 AlN막이 두께 20㎚로 형성되어 있다. 또, 이 보호층(5)위에는 오버코트층(6)로서 폴리우레탄아크릴레이트계의 자외선 경화형 수지가 두께 50㎚로 형성되어 있다.
이어서, 상기 구성의 광자기 디스크를 사용하여, 동작인식을 위해 실시한 실험 및 실험에 의해 수득한 결과에 대해 설명한다.
실험에 사용한 광 픽업 반도체 레이저의 파장은 780㎚, 대물렌즈 개구수(N.A.)는 0.55이다. 먼저, 상기 광자기 디스크의 반경 26.5㎜에 있는 랜드부에 회전수 1800rpm(선속 5m/sec)하에, 0.765㎛의 길이로 단일주파수 기록 비트를 미리 기록한다. 기록은 기록층(4)의 자화의 방향을 한방향(초기화 방향)으로 정렬시켰으므로, 기록용 외부자계의 방향을 초기화 방향과 역방향으로 고정시켜 놓고, 0.765㎛의 길이에 해당하는 기록 주파수(이 경우에 약 3.3㎒)로 레이저를 변조하여 행한다. 기록 레이저 파워는 8㎽ 정도이다.
이와 같이 기록한 기록 비트열은 재생 레이저 출력 및 재생시의 인가 자계를 변화시켜 재생하고, 재생신호 파형의 진폭을 조정한 결과를 제13도에 나타낸다.
도면에 있어서, 횡축이 재생 레이저 출력이고, 0.5㎽로부터 3.0㎽의 범위에서 측정한다. 종축은 재생신호 진폭을 나타내고 있고, 재생 레이저 파워가 0.5㎽일때의 진폭으로 규격화되어 있다. 도면 중 A로 나타낸 곡선은 본 실시예의 광자기 디스크의 측정 결과로, 재생시에 인가되는 외부자계(Hr)는 650(Oe)으로 한다. 도면 중 B로 나타낸 곡선은 비교를 위해 제작한 종래의 광자기 디스크의 측정 결과이다.
종래의 광자기 디스크는 상기와 같은 기판상에 AlN 80㎚/DyFeCo 20㎚/AlN 25㎚/AlNi 30㎚를 이 순서대로 적층시켜 AlNi상에 상기와 같은 오버코트층이 형성된 구성을 취하고 있다. 즉, 종래의 광자기 디스크는 희토류 천이 금속 합금인 DyFeCo자성층이 1층뿐이고 그 양측을 투명전극 유전층으로 하고, 또한 보호층인 AlN으로 협지시켜 최종적으로 반사막인 AlNi이 형성된 구조이다. 이 구조를 반사막 구조라 하며, 이미 시판되고 있는 3.5인치 사이즈 단판 모양의 광자기 디스크가 대표적인 구성이다. 또한, 주지하는 바와 같이, 종래의 광자기 디스크에 있어 DyFeCo자성층은 실온으로부터 고온까지 수직 자화를 포함하고 있다. 통상, 종래의 광자기 디스크에 대해 재생 동작을 행하는 때에는, 외부자계를 인가하지 않는다.
또한, 도면에 나타낸 점선은, 원점과 0.5㎽에서의 진폭 규격치를 결정하는 선이고, 하기식으로 표현되는 광자기 신호의 재생시에 있어 신호 진폭과 재생 레이저 파워의 관계를 나타내는 비례직선을 표현하는 것이다.
재생신호 진폭 ∝ 매체 반사광량 × 극 카 회전각
이 식에서, 매체 반사광량은 재생 레이저 출력에 비례해서 증가하는 것이므로 재생 레이저 출력으로 치환할 수 있다.
도면에서, 종래의 광자기 디스크의 측정 결과 곡선 B가, 상기 비례 직선의 아래에 있는 것은, 다음과 같은 이유에 의해서 이다. 즉, 재생 레이저 출력을 올리면, 매체반사광량은 이것에 따라 증가되나, 한편으로 기록매체의 온도가 상승된다. 자성체의 자화는, 일반적으로 온도가 상승하는 것이 따라 감소하고, 큐리 온도에서 0으로 되는 성질을 가지고 있다. 따라서, 종래의 광자기 디스크에서는, 온도가 상승하는 것에 따라 극 카 회전각이 작아지게 되므로, 그 측정 결과 곡선 B는 상기 비례 직선 보다도 아래쪽에 위치한다.
한편, 본 실시예의 광자기 디스크의 측정 결과 곡선 A는 재생 레이저 출력이 상승함에 따라 급격하게 신호 진폭이 상승하여, 상기 비례 직선보다 위쪽에 있고, 재생 레이저 출력의 증가분 이상의 진폭을 얻을 수 있음을 알 수 있다. 이것은 이하에 나타내는 바와 같이, 상술한 적당한 외부자계(Hr)하에 재생을 수행할 때의 상기 판독층(3)과 기록층(4)을 포함하는 자기 다층 구조(여기서는 2중층)의 특성을 반영하고 있고, 그 동작을 지지해 주는 것이다.
즉, 상기 특성은 온도가 낮은 때에는, 외부자계(Hr)와 판독층(3)의 효과에 의해 기록층(4)에 써 넣은 정보가 마스크되어 있기 때문에 판독할 수 없고, 온도상승에 따라, 판독층(3)의 천이 금속 부격자 자화가 기록층(4)의 천이 금속 부격자 자화에 따르므로 정보가 판독될 수 있다는 것이다.
이어서, 기록 비트를 보다 작게 하는 경우의 재생 신호 품질을 조사한 결과에 대해 설명한다. 여기서, 보다 작은 기록 비트의 재생이 가능하게 된다는 것은 기록 밀도의 향상을 의미한다.
제14도의 그래프는, 기록 비트 길이와 재생 신호 품질(C/N)의 관계를 나타내는 것이다. 이 실험에서는, 디스크의 선속을 앞의 실험과 동일하게 5m/sec로 설정하여, 기록 주파수를 변화시켜 기록하고, 그 C/N을 측정한다. 이 외에의 광 픽업 및 기록 방법은 앞의 실험과 동일하다. 도면 중 A에 나타낸 곡선은 본 실시예의 광자기 디스크의 측정 결과로, 재생 레이저 출력은 3.0㎽로서, 재생시에 인가되는 외부 자계(Hr)는 65(Oe)로 한다. 또한, 도면 중 B로 표시한 곡선은, 앞의 실험에 사용한 것과 동일한 종래의 광자기 디스크의 측정 결과로, 재생 레이저 출력은 1㎽, 또한 재생시에 자계는 인가하지 않는다.
기록 비트 길이가 0.7㎛이상인 긴 비트에 있어, 양자의 C/N에는 거의 차이가 없으나, 0.7㎛이하로 되면, 본 실시예의 광자기 디스크에 의한 측정 결과 곡선 A와 종래의 광자기 디스크에 의한 측정 결과 곡선 B의 차가 현저하게 나타난다.
종래의 광자기 디스크에 있어서 기록 비트의 길이가 0.7㎛이하인 경우에 C/N이 저하되는 것은 비트 길이가 작아짐에 따라 광 빔의 조사 크기내에 존재하는 비트의 수(면적)가 증가되어, 각각의 비트를 식별할 수 없게 되기 때문이다.
광 픽업의 광학적 분해능을 표현하는 하나의 지표로서, 컷 오프 공간주파수가 있고, 이것은 광원인 레이저의 파장과 대물 렌즈의 개구수에 의해 정해지는 것이다. 이 실험에 사용되는 광 픽업 레이저 파장(780㎚)과 대물 렌즈의 개구수의 값(0.55)를 이용하여, 컷 오프 공간주파수를 구하고, 이것을 기록 비트 길이로 환산하면,
780㎚/ (2 × 0.55) / 2 = 0.355㎛ 이 된다.
다시 말하면, 본 실시예에 사용된 광 픽업의 광학적 분해능의 한계는 비트 길이로 0.355㎛이다. 상기 종래의 광자기 디스크의 측정 결과는 이것을 반영하여, 0.35㎛에서의 C/N이 거의 0으로 된다.
한편, 본 실시예의 광자기 디스크는 비트 길이가 작아짐에 따라, C/N이 약간 감소되나, 광학적 분해능인 0.355㎛보다 짧은 비트에 있어서도 큰 C/N비를 얻을 수 있다.
이상의 결과로부터, 본 실시예의 광자기 디스크를 이용하기 때문에, 광학적 회절 한계보다 작은 비트의 재생이 실행됨이 확인된다. 이것에 의해, 종래의 광자기 디스크에 비해 기록 밀도가 크게 향상될 수 있다.
이어서, 상기 실험으로 확인된 기록 밀도 향상의 효과에 덧붙여서, 또 다른 하나의 중요한 효과인 크로스 토크량의 감소에 관해 실험한 결과에 대해서 설명한다.
일반적으로, 광자기 디스크는 예컨대, 랜드 모양이라면 랜드의 폭을 될 수 있는 한 넓게 취하고, 그루브의 폭이 좁은 가이드 트랙을 형성시켜, 랜드부만을 기록, 재생에 이용한다. 따라서, 예컨대, 랜드 모양 디스크에서의 크로스 토크는 임의의 랜드를 재생에 이용하는 경우, 인접하는 양쪽 랜드에 기입되어 있는 비트로부터 누수된 신호를 말한다. 한편, 그루브 모양의 디스크라면 그 반대이다.
예컨대, IS10089 규격(ISO의 5.25 재기입형 디스크에 대해 정해진 규격)에 있어서는 1.6㎛ 피치의 가이드 트랙에 있어서, 최단기록 비트(0.765㎛)에 대한 크로스 토크량이 26㏈이하가 되도록 정해져 있다.
이 실험에서는, 랜드 폭과 그루브 폭이 같은 0.8㎛이고 상기 유리 기판을 사용한 광자기 디스크를 이용하고 있고, 랜드부 재생시의 인접하는 양 그루브로부터 크로스 토크량을 측정한다.
제15도의 그래프는, 이 실험을 본 실시예의 광자기 디스크와 종래의 광자기 디스크에 대해 측정한 결과를 나타내는 것이다. 이 그래프에 있어서, 횡축은 재생 레이저 출력, 종축은 크로스 토크량이다. 도면 중의 A는 본 실시예의 광자기 디스크의 측정 결과이고, 재생시의 레이저 출력은 3.0㎽, 재생시에 인가된 외부 자계(Hr)는 650(Oe)로 한다. 도면 중의 B는 앞서 실험한 것과 동일하게 비교용의 종래 광자기 디스크의 측정 결과이다.
이 그래프로부터 알 수 있는 바와 같이, 종래의 광자기 디스크(B)에는, 크로스 토크량이 - 15㏈정도로 큰 것에 대해, 본 실시예의 광자기 디스크(A)에는 -30㏈와 상기 ISO규격으로 정해진 - 26㏈을 클리어하는 결과를 얻을 수 있다.
이러한 결과를 얻을 수 있는 이유를 제16도를 이용하여 설명한다.
제16도는 바로 위에서 본 광자기 디스크의 상태를 나타내고 있고, 한가운데 있는 랜드부와 인접하는 양 그루브부에 각각 원형(점선)으로 나타낸 기록 비트가 기록되어 있다. 도면 중의 큰 쪽 원(실선)은 집광된 광 빔이고, 이 경우에 광 빔은 한 가운데 있는 랜드부의 서보(survo) 제어하에 있다. 도면에서, 랜드 폭 및 그루브 폭은 0.8㎛, 광빔 직경은 1.73㎛(에어리 디스크 크기: 1.22 × 780㎚/0.55), 기록 비트 직경은 설명의 편의상, 0.355㎛의 크기로 나타나고 있다.
도면에서, 광 빔의 아래쪽에는, 7개의 기록 비트가 들어가 있다. 종래의 광자기 디스크라면, 광 빔 내의 각각의 신호를 분리시킬 수 없게 된다. 이것은, 종래의 광 자기 디스크에 있어서, 0.35㎛의 기록 비트에 대해 C/N을 거의 얻을 수 없는 것과 인접하는 랜드로부터의 크로스 토크가 크다는 것에 대한 이유이다.
한편, 본 실시예의 광자기 디스크라면, 광 빔의 중심 근방의 영역(즉, 주변보다 고온인 영역)에서만, 판독층(3)의 천이 금속 부격자 자화가, 기록층(4)의 천이 금속 부격자 자화의 방향(즉, 기록되어 있는 정보)에 따라 움직이는 것에 대해 광 빔 중심근방 이외 부분의 판독층(3)의 천이 금속 부격자 자화는, 재생시에 인가된 외부 자계(Hr)에 따라 일정하게 같은 수직 방향을 향하고 있다.
따라서, 상술한 바와같이, 광 빔내에 7개의 비트가 있어도, 재생시에 기여하는 것은 광 빔 중심에 위치하는 1개의 비트만이므로 0.355㎛라고 하는 매우 작은 비트이어도, 큰 C/N을 얻을 수 있다. 또, 상술한 종래의 FAD 방식에서는, 재생에 관여하는 영역이 초승달모양으로 되기 때문에, 인접트랙으로부터의 크로스 토크가 문제로 되어 있으나, 본 실시예에서는 재생시에 관여하는 광 빔 중심 근방의 영역은, 도면에 나타낸 바와 같이, 거의 원형이기 때문에, 인접하는 양 트랙으로부터 크로스 토크도 매우 작아지게 된다.
이상과 같이, 판독층(3)과 기록층(4)을 적층시킨 자기 2중층을 포함하는 광자기 디스크를 이용하여, 재생시에 상기 범위의 강도를 갖는 외부 자계(Hr)를 인가하면서 레이저 광을 조사하여, 초기화용 자석을 필요로 하지 않고, 트랙 피치를 좁게해도 크로스 토크의 증대를 초래하지 않으며, 빔 주행방향의 기록 밀도 향상을 실현할 수 있음을 상기 각 실험 결과로부터 확인할 수 있다.
통상, 판독층(3)과 기록층(4)의 조성, 막 두께, 합금의 종류 등은, 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명에 따르면, 각 이중층의 두께, 자기 특성, 재생시에 이가되는 외부 자계(Hr)가 상기 (8), (9), (10), (11)식을 만족시키는 것을 알 수 있다. 희토류 천이 금속 합금은 희토류 금속과 천이 금속의 비율을 변화시키면, 보자력, 자화의 크기, 계면에서의 자벽 에너지가 크게 변하는 재료계이므로, 상기 GdFeCo와 DyFeCo에 의한 희토류 금속과 천이 금속과의 비율을 변화시키면, 이것에 따라 상술한 H1과 H4도 변화된다. 또, 막 두께를 변화시키는 경우에도, 동일하다. 특히, 희토류 금속 천이금속 합금의 종류를, 예컨대 TbFeCo, GdTbFe, GdTbFeCo, GdDyFeCo, NdGdFeCo등으로 변화시키는 것도 가능하다.
본 발명의 제2실시예에 있어서, 제1도 및 제14도에 따라 설명하면 이하와 같다.
상기 제1실시예와 동일하게 제1도에 나타낸 광자기 매체로서 광자기 디스크를 11종류 제작하였다. 각 층의 조성, 막 두께는 판독층(3)의 두께를 제외하면 제1실시예와 같다. 판독층(3)의 두께(h1)를 변화시켜 제조한 광자기 디스크를 이용하여, 카 히스테리시스 루프를 이용하여 H1의 값과 H4의 값을 조사하였다. 또, 광자기 디스크에 0.45㎛ 길이의 비트를 써 넣어 재생시켰다. 각 막 두께에 있어서, H1, H4, 가장 적당한 외부 자계(Hr), 재생 파워(Pr), 및 0.45㎛의 길이 비트에서의 C/N값을 표 1에 나타낸다.
이 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 판독층(3)의 두께 h을 크게 함에 따라, H의 값과 H의 값이 모두 작아지게 된다. 이것은 h을 크게 하는 식 (5), (7)의 H의 값이 작아지기 때문이다. 또, 이때 Hr도 작게 되지만, HHr H을 만족시키기 위한 허용 범위도 좁아지게 된다.
또한, C/N값은 h의 증가와 함께 작아지게 된다. h= 150㎚일때, C/N은 30㏈로 되고, 제14도에 있어 곡선 B(통상의 광자기 디스크)의 0.45㎛ 길이 비트에서의 값도 거의 같게 되어, h= 200㎚에서는 곡선 B의 값보다도 떨어진다. C/N값이 h의 증가와 함께 감소되는 원인은 알 수 없으나, h이 충분히 크면(예컨대 10㎝), 기록층(4)의 정보가 판독층(3)의 위쪽까지 전사되지 않는다는 것은 쉽게 추측할 수 있으므로, 이 C/N값이 감소하는 것을 정성적으로 이해할 수 있다.
반대로, h이 150㎚이하인 때에는, C/N이 30㏈이상으로 되어 있는 것을 알 수 있다.
따라서, 통상의 광자기 디스크에 있어 우수한 재생신호 품질을 한층 확실하게 얻는데에는, h의 값을 150㎚이하로 설정하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제3실시예에 대해 설명하면 아래와 같다.
본 실시예에 의한 광 자기 기록 매체로서의 광자기 디스크는, 제18도에 나타낸 바와같이, 기판(21), 투명유전체층(22), 판독층(23), 중간층(24), 기록층(25), 보호층(26), 및 오버코트층(27)이 이 순서대로 적층되어 구성되어 있다.
기판(21)은, 예컨대 직경 86㎜, 내경 15㎜, 두께 1.2㎜의 원반형인 유리기판으로 되어 있으며, 도시되어 있지 않으나, 한쪽 면(도면에서 아래쪽 면)에는 광 빔 안내용의 요철상의 가이드 트랙이 예컨대 1.6㎛피치, 그루브(凹부)의 폭이 0.8㎛, 랜드(凸부)의 폭이 0.8㎛로 형성되어 있다.
이 기판(21)에 있어 상기의 가이드 트랙이 형성된 면 상의 투명유전체층(22)은 예컨대 AlN으로 이루어져 있고, 그 두께는 80㎚이다.
그 투명 유전체층(22)에는, 두께 50㎚의 상기 판독층(23)이 형성되어 있다. 이 판독층(23)은, 큐리 자성체인 GdFeCo 희토류 천이 금속 합금으로 이루어지고, 그 조성은 Gd(FeCo)이다. 이 GdFeCo 희토류 천이 금속 합금 단층(두께 50㎚)의 보자력(Hc)의 온도 의존성은 제19(a)도에 나타나 있다. 이 자성층은, 실온에서 희토류 금속 부격자 자화가 천이 금속 부격자 자화보다도 커져서, 보상 온도가 170℃부근에 이르고, 큐리 온도는 약 330℃이다. 이 자성층은 수직 자기 이방성이 비교적 작기 때문에, Hc의 값도 비교적 작아지게 된다.
또한, 동 도면에서는, 대표적인 온도에서의 카 히스테리시스 루프도 함께 나타내고 있다. 이러한 카 히스테리시스 루프는, 기판의 카 회전을 캔슬시켜 나타낸 것으로, 이러한 데이타는, 제19(b)도에 나타낸 바와같이, 유리 기판(31)상에 AlN 유전체막(32)을 70㎚, 자성층(33)으로서 GdFeCo막을 50㎚, AlN 유전체막(34)을 50㎚ 적층시킨 시료를 제조하여, 여기에 유리 기판(31)측으로부터 633㎚의 광을 조사하여 측정한 것이다.
상기 판독층(23)위에 형성되어 있는 상기 중간층(24)은, 페리 자성체인 GdFeCoAl 희토류 천이금속 합금으로 되어있다. 그 두께는 20㎚로, 조성은 Gd(FeCo)Al이다. 이 GdFeCoAl 합금 단층(두께 20㎚)의 보자력(Hc)의 온도의존성이 제20(a)도에 나타나 있다. 이 자성층도, 실온에서 희토류 천이 금속 부격자 자화가 금속 부격자 자화보다도 우수하여, 보상 온도는 120℃, 큐리온도는 160℃이다. 도면에는, 대표적인 온도에서의 카 히스테리시스도 함께 나타내고 있다. 이러한 카 히스테리시스 루프도 상기와 같이 기판의 카 회전을 캔슬시켜 나타낸 것이다.
상기 GdFeCoAl막은 수직자가 이방성이 비교적 작고, 이 때문에 Hc의 값도 비교적 작아지게 된다. 단층의 경우, 실온에서는 면내 방향으로 자화가 향하고 있고, 고온에서는 수직 방향으로 자화가 향하게 된다. 또한, 이러한 데이타는, 제20(b)도에 나타낸 바와 같이, 유리기판(41)상에 AlN 유전체막(42)을 70㎚, 자성층(43)으로서 GdFeCoAl막을 20㎚, AlN 유전체막(44)을 50㎚, Al반사막(50)을 30㎚ 적층시킨 시료를 제조하여, 여기에 유리 기판(41)측으로부터 633㎚의 광을 조사하여 측정한 것이다.
상기 중간층(24)위에 형성되어 있는 상기 기록층(25)은 페리 자성체인 DyFeCo 희토류 천이 금속 합금으로부터 제조되어 있다. 그 두께는 50㎚로, 조성은 Dy(FeCo)이다. 이 DyFeCo 희토류 천이 금속 합금 단층(두께 50㎚)의 보자력(Hc)의 온도 의존성이 제21(a)도에 나타나 있다. 이 자성층은, 보상온도가 실온으로, 큐리 온도가 200℃이다. 도면에는 대표적인 온도에서의 카 히스테리시스 루프도 함께 나타나 있다. 카 히스테리시스 루프는, 유리 기판(41)의 카 회전을 캔슬시켜 나타낸 것이다.
상기 DyFeCo막은 단층인 경우, 실온으로부터 큐리온도에 이르는 온도 영역에서 수직 방향으로 자화가 향하고 있다. 이 막은 수직 자기 이방성이 크기 때문에, Hc의 값이 비교적 크게 되어 있다. 또한, 이러한 데이타는 제21(b)도에 나타낸 바와 같이, 유리 기판(51)상에 AlN 유전체막(52)을 70㎚, 자성층(53)으로서 DyFeCo막을 50㎚, AlN 유전체막(54)을 50㎚로 적층시켜 시료를 제조하고, 여기에 유리 기판(51)측으로부터 633㎚의 광을 조사하여 측정한 것이다.
상기 기록층(25)위에는, AlN로부터 형성된 상기 보호층(26)이, 두께 20㎚로 형성되어 있고, 특히, 이 보호층(26)위에는 폴리우레탄 아크릴레이트계의 자외선 경화형 수지로 이루어진 오버 코트층(27)이 두께 5㎛로 형성되어, 제18도에 나타낸 단면구조의 광자기 디스크가 구성되어 있다.
이와 같이, 본 실시예에 의한 광자기 디스크는, 상술한 각 자기 특성을 각각 단층으로 포함하는 자성층, 즉, GdFeCo 희토류 천이 금속 합금으로부터 이루어진 판독층(23)과, GdFeCoAl 희토류 천이 금속 합금으로부터 이루어진 중간층(24)과, DyFeCoAl 희토류 천이 금속 합금으로부터 이루어진 기록층(25)과의 자기 3중층이 형성되어 구성되어 있다.
여기서, 이 자기 3중층으로 된 경우의 전체적인 자기 특성에 대한 측정 결과에 대해 이하에 설명한다. 이 측정을 위해 제22도에 나타낸 바와 같이 유리기판(61)상에 AlN 유전체막(62)을 70㎚, GdFeCo 판독층(63)을 50㎚, GdFeCoAl중간층(64)를 20㎚, DyFeCo 기록층(65)을 50㎚, AlN 유전체막(66)을 50㎚ 적층시킨 시료를 제조하였다.
제17(a)(b)도에, 상술한 시료에서 실온과 100℃에서의 유리 기판(61)측으로부터 측정한 카 히스테리시스 루프를 나타내고 있다. 이것은, 시료의 막 면에 수직인 방향에 인가된 외부자계(H)와, 막 면에 수직인 방향으로부터 광을 입사시킨 경우의 극 카 회전각(θ)의 관계를 나타내고 있으므로, 유리 기판(61)의 카 회전은 캔슬되어 있다. 633㎚의 광을 조사하여 측정한다. 또한, 외부 자계(H)는 -1000 내지 +1000(Oe)의 범위에서 변화시킨다. 제17(a)도는 실온, 제17(b)도는 100℃에서의 각 측정 결과이다.
각 도면 중, 실선 화살표는 루프의 궤적이 그리고 있는 방향을 표시하고, 또한, 각 도면에는 대표적인 자계에서의 상기 자기 3중층 중의 천이 금속 부격자 자화와 자화방향을 화살표로 모식적으로 나타내고 있다. 이것은, 제일 첫번째가 GdFeCo판독층(63), 한가운데가 GdFeCoAl 중간층(64), 아래가 DyFeCo 기록층(65)의 각 천이 금속 부격자 자화의 자화방향을 나타내는 것이다. 또한, 파선의 화살표는 외부 자계의 방향을 나타내고, 외부 자계가 정일 때에는 막 면에 수직인 방향으로, 또한 외부 자계가 부인 때에는 아래쪽으로, 각각 자계가 인가되는 것을 나타내고 있다. 이 외부 자계의 방향에 대응해서, 각 천이 금속 부격자 자화의 방향이 백색 화살표로 나타나 있다.
제17(a)도에서, 실온에서는, 동 도면 중에 나타난 H(= 200(Oe)) 이상 크기의 외부 자계를 수직 상방으로 인가하면, GdFeCo판독층(63)의 자화는 외부 자계에 따라 위쪽을 향한다. 더구나, 이 경우의 GdFeCo판독층(63)은, 실온에서 희토류 금속 부격자 자화가 천이 금속 부격자 자화보다 우수하기 때문에 천이 금속 부격자 자화의 방향을 나타내는 백색 화살표는 외부 자계의 방향과는 반대로 아래쪽을 향하게 된다.
또, 도면 중의 H이하의 자계에서는 DyFeCo기록층(65)과의 교환 결합력에 따라 GdFeCo판독층(63)의 천이금속 부격자 자화의 방향은 위쪽을 향한다. 또, 도면에서 DyFeCo기록층(65)의 천이금속 부격자 자화의 방향이 모두 외부 자계에서 동일 방향(도면에서 위쪽)을 향하고 있는 것은, 이 층이 실온에서 보상 온도를 가지고 있고, -1000 ≤ H ≤ +1000(Oe)의 범위에서 외부 자계(H)를 변화시켜도 자화 반전을 일으키지 않기 때문이다.
한편, 100℃의 온도 상태에서는, 제17(b)도 중에 나타낸 바와 같이, H이상 크기의 외부 자계가 수직 상방으로 인가되면, GdFeCo 판독층(63)의 천이 금속 부격자 자화는 외부 자계에 따라 아래쪽을 향하고, H(= 800(Oe)) 이하의 자계에서는, DyFeCo기록층(65)과의 교환 결합력에 따라 위쪽을 향한다. 또, 도면에 있어서, DyFeCo기록층(65)의 천이금속 부격자 자화의 방향이 모두 위쪽으로 그려져 있는 것은, 상기와 같이 이 층이 -1000 ≤ H ≤ +1000(Oe) 의 범위에서 자화 반전을 일으키지 않는 것을 반영하고 있는 것이다.
이와 같이, 상기 구성의 자기 3중층은 실온 부근의 저온상태에서, GdFeCo판독층(63)의 자화를, DyFeCo기록층(65)으로부터의 교환 결합력에 따른 방향과는 반대 방향이 되도록 할때 필요한 최소의 외부 자계(H)와 소정의 고온 상태(=100℃)에서, GdFeCo판독층(63)의 자화가 외부 자계의 방향에 대항하여, DyFeCo기록층(65)으로부터의 교환 결합력에 따른 방향이 되도록 할때 필요한 최대의 외부 자계(H)가
가 되는 관계가 생기도록 되어 있다.
이러한 관계가 생기도록, 본 실시예의 광자기 디스크에서는, 판독층(23)( = GdFeCo 판독층(63), 중간층(24)( = GdFeCoAl중간층(64)), 및 기록층(25)( = DyFeCo 기록층(65))이 이하의 관계식을 만족시키도록 제작되어 있다.
즉, 판독층(23)과 중간층(24)으로 된 2층막의 두께를 h1', 실온에서 2층막의 보자력을 Hc1'(ta), 포화자화를 Ms1'(ta), 판독층(23)과 기록층(25)과의 사이에서 생기는 자벽 에너지를 σw'(ta), 또, 예컨대, 100℃로 설정된 소정의 설정 온도(t)에 있어서의 상기 2층막의 보자력을 Hc1'(t), 포화자화를 Ms1'(t), 판독층(23)과 기록층(25)과의 사이에 생기는 자벽 에너지를 σw'(t)로 하고, 또 각 온도에서의 판독층(23)에 대한 기록층(25)으로부터의 유효 바이어스 자계를
로 하면,
로 된다. 따라서, 상기식 (12)는
로 되고, 이 식(13)을 만족시키도록, 본 실시예의 자기 3중층이 구성되어 있다.
상기 특성을 가지는 자기 3중층을 포함하는 광 자기 디스크에 있어서, 재생시에 재생광 빔을 조사하는 것과 함께,
의 조건을 만족시키는 외부 자계인 재생 자계(Hr)를 동시에 인가하여, 재생광 빔 조사 영역의 온도 상태의 변화에 의해, 재생 자계(Hr)의 크기를 일정하게 유지시키면서, 재생광 빔의 스폿 크기보다 작은 영역으로부터 기록층(25)의 정보를 판독할 수 있다.
이 재생시의 동작에 대해, 제18도를 참조하여 설명한다.
재생 동작시, 제18도에 나타낸 바와 같이, 재생광 빔(71)이 기판(21)측으로부터 집광 레이저(72)을 통과하여 판독층(23)에 조사된다. 이 재생광 빔(7)의 조사 영역은, 그 중심부 근방의 온도가 최고로 상승되고, 주변 부위보다도 고온으로 된다. 이것은 재생광 빔(71)이 집광 레이저(72)에 의해 회절 한계까지 집중되어 있기 때문에, 그 광 강도 분포가 가우스 분포로 되고, 광자기 디스크 상의 조사부위의 온도 분포도 거의 가우스 분포로 되기 때문이다. 그래서, 상기 재생 광 빔(71)의 강도는, 그 조사 영역에 있어 중심 근방에서만 상기 설정 온도(t)를 초과하고, 그 주변 부위의 온도는 약 실온 부근의 온도로 유지되도록 설정되어 있다.
동시에, 자석(73)을 이용하여, 상기 H1(= 200(Oe))과 H4(= 800(Oe))사이의 크기, 예컨대, 300(Oe)의 재생 자계(Hr)가 도면의 경우에는 수직 상방향으로 인가되어 있다. 이때의 판독층(23)ㆍ중간층(24)ㆍ기록층(25)의 각 천이 금속 부격자 자화의 방향이 각 층내에 화살표로 나타나 있다.
판독층(23)은 재생광 빔(71)의 조사 영역내에서, 설정 온도(t)를 초과하는 중심근방의 영역에서는 상술한 제17(b)도에 나타난 바와 같은 특성을 가지기 때문에, 판독층(23)의 천이 금속 부격자 자화는 재생 자계(Hr)의 방향에 의존하지 않고, 기록층(25)으로부터의 교환 결합력에 따라 방향이 정해지고, 이 부분에서 기록층(25)에 기록되어 있는 정보가 판독층(23)에 전사된다. 한편, 설정 온도(t)보다도 낮은 주변 영역에서는, 상기 제17(a)도에 나타난 특성을 가지기 때문에, 판독층(23)의 천이 금속 부격자 자화는, 상방향으로 인가된 재생 자계(Hr)에 따라, 동일 수직 방향(도면에서는 아래쪽)에 일정하게 배열되어, 기록층(25)에 기록된 정보를 마스크하는 상태로 된다.
이 결과, 재생광 빔(71)의 조사 영역내에서, 이 재생광 빔의 크기보다도 작은 중심 근방의 영역에서만, 기록층(25)에 기록되어 있는 기록 비트의 재생이 행해진다.
광자기 디스크가 회전하고, 재생광 빔(71)이 이동하여 다음의 기록 비트를 재생할 때, 앞의 재생 부위의 온도는 실온 부근까지 저하된다. 이것에 의해, 판독층(23)의 천이 금속 부격자 자화는 이제 기록층(25)의 천이 금속 부격자 자화에 따르지 않고, 재생 자계(Hr)에 따르는 방향을 갖게 되어, 앞의 재생 부위는 마스크된다.
이와 같이, 재생광 빔의 크기보다도 작은 중심 근방의 영역만의 기록 비트의 재생이 행해지고 그 주변은 마스크된 상태로 되기 때문에, 빔 주행 방향의 기록 밀도를 향상시켜 얻을 수 있는 것과 함께, 잡음의 원인인 인접 비트로부터의 신호 혼입이 없어지게 되고, 크로스 토크가 없는 양호한 재생 신호 특성을 얻을 수 있다.
더우기, 상기 재생 동작시에 인가된 재생 자계(Hr)는 이것이 기록층(25)의 정보를 파괴하지 않는 정도의 크기일 필요가 있다. 여기서, 실온 부근에서 기록층(25)의 자화를 반전시킬때의 최소의 외부 자계(Hinv(ta))와 설정 온도(t)에서 기록층(25)의 자화를 반전시킬때의 최소의 외부 자계(Hinv(t))는, 기록층(25)의 두께를 h2, 실온(ta)에서의 기록층(25)의 보자력을 Hc2(ta), 포화자화를 Ms2(ta), 설정온도(t)에서 기록층의 보자력을 Hc2(t), 포화자화를 Ms2(t)로 하고, 각 온도에서의 기록층(25)에 대한 판독층(23)으로부터의 유효 바이어스 자계를
로 하면,
이다. 따라서, 상기 재생 자계(Hr)는 Hinv(ta) 및 Hinv(t) 보다도 작은 값으로 설정될 필요가 있다. 이러한 조건을 만족시키면, 재생 자계(Hr)로서 상기 (14)식으로부터 유도되는 하기식
및,
을 만족시킬 필요가 있다.
본 실시예에서의 자기 3중층은 상술한 바와 같이, 제17(a)(b)도에서,
이다. 한편, 상기 제17(a)(b)도의 측정 결과를 얻는 제22도의 시료에 대해, 유기 기판(61)과는 반대측으로부터 광을 입사시켜 측정한 DyFeCo 기록층(65)의 카 히스테리시스 루프를 제23(a)(b)도에 나타내고 있다. 이것은 633㎚광을 이용하여, -15 ≤ H ≤ 15(kOe) 의 범위에서 자계를 변화시킬때의 실온 (동 도면 (a))과, 100℃(동 도면 (b))에서의 각 측정 결과이다.
이 도면에서 보면,
이다. 따라서, 200 Hr 800(Oe) 의 범위에서 상기 Hr = 300(Oe)의 설정은 상기 (15)식과 함께, (16)(17)식도 만족시키는 것으로 되어 있다.
이와 같이, 상기 구성의 자기 3중층과, 상기와 같이 설정된 재생 자계(Hr)에 의해 판독층(23)의 천이 금속 부격자 자화의 방향은 실온에서 재생 자계(Hr)의 방향을 따르고, 100℃에서는 동일한 재생 자계(Hr)하에서 기록층(25)으로부터의 교환 결합력에 따른다. 이것에 의해, 재생광 빔(71)의 크기보다도 작은 기록 비트의 재생을 행할 수 있게 되고, 더구나, 인접하는 기록 비트의 영향을 받지 않기 때문에, 기록 빔 주행방향과 함께 트랙에 직교하는 방향의 기록 밀도의 향상을 도모할 수 있게 된다. 또, 상기 종래의 RAD방식에서 필요했던 초기화용의 자계를 필요로 하지 않기 때문에, 장치의 소형화와 저전력화를 실현할 수 있다.
그런데, 상기 자기 3중층을 대신해서, 중간층(24)을 형성시키지 않고, 판독층(23)과 기록층(25)과의 자기 2중층의 구성으로 한 경우에도, 이러한 2중층의 자기특성 및 재생 자계가 상기 각 식 (12) 내지 (17)과 동등한 조건을 만족시키도록 하여 본실시예와 같이, 고기록 밀도화와 장치의 소형화가 어느 정도 가능하게 된다. 그래서, 본 실시예에서 중간층(24)을 형성시킨 이유에 대해, 이하에 설명한다.
먼저, 상기 제22도에 나타낸 시료에 대응시켜, GdFeCoAl 중간층(64)을 형성시키지 않는 점만이 다른 비교용의 시료를 제작하였다. 즉, 이 시료는, 제30(c)도에 나타낸 바와같이, 유리 기판(61')위에 AlN유전체막(62')이 70㎚, GdFeCo 판독층(63')이 50㎚, DyFeCo 기록층(65)이 50㎚, AlN유전체 막(66')이 30㎚로 적층되어 있다.
GdFeCo 판독층(63')의 조성은 Gd0.22(Fe0.82Co0.18)0.78로, 실온에서는 희토류 금속 부격자 자화보다도 우세하여, 보상 온도는 170℃, 큐리 온도는 약 330℃이고, 또, 이 DyFeCo 기록층(65')의 조성은 Dy0.25(Fe0.84Co0.16)0.75로, 실온이 보상 온도, 큐리 온도는 200℃이다. 이는 상술한 본 실시예에서의 판독층(23)과 기록층(25)은 동일한 막 두께 조성이다.
제30(a)(b)도는 상술한 비교용의 시료를 유리기판(61')측에서 측정했을 때의 실온과 100℃에서의 각 카 히스테리시스 루프를 나타내는 것으로, 유리 기판(61')의 카 회전을 상기 동일하게 캔슬시켜 나타내고 있다. 633㎚의 광을 조사시켜 측정한다. 또, 외부 자계는 - 2000 내지 + 2000(Oe)의 범위에서 변화시킨다. 제30(a)도가 실온, 제30(b)도가 100℃에서의 각 측정 결과이고, 이것은, 자기 3중층에 대해 측정한 제17(a)(b)도에 각각 대응된다.
제30(a)도에서 보면, 이 자기 2중층에서는, 제17(a)도의 H1에 대응하는 자계(H1)의 값은 450(Oe)이다. 또한, 제30(b)도에서 보면, 제17(b)도의 H4에 대응하는 자계(H4)의 값은 1200(Oe)이다. 이것에 의해 재생시에 인가되는 자계(Hr)로서, 450 Hr 1200(Oe)의 범위로 할 필요가 있음을 알 수 있다. 즉, 이 경우, 재생시에 필요한 자계가 커진다.
역으로 말하면, 상술한 본 실시예에서 실온 상태에 있는 면내 자화를 나타내는 중간층(24)은, 판독층(23)에 대해 기록층(25)으로부터의 유효 바이어스 자계를 특히 실온측에서 억제하도록 동작한다고 말할 수 있다. 이것에 의해, 실온측에서 판독층(3)의 자화 방향이 일정하게 정렬될때 판독층(23)의 외부 자계에 따라 반전이 생기기 쉬우므로, H1이 H1보다도 작아지게 된다.
따라서, 재생 자계(Hr)를 발생시키는 장치를 자기 2중층의 체적에 비례해서 더 작아지도록 할 수 있으므로, 기록 재생 장치보다 소형화하여 구성할 수 있는 것과 함께, 저전력화를 더 촉진 시킬 수 있다.
이어서, 상기 자기 3중층을 포함하는 광자기 디스크에서의 재생 동작 특성의 측정 결과에 대해, 구체적인 수치예를 들어 설명한다.
제1실시예와 같이, 사용되는 광 픽업의 반도체 레이저의 파장은 780㎚, 집광 레이저(72)의 개구수(N.A.)는 0.55이다. 먼저, 상기 광자기 디스크에 있어서 반경 26.5㎜내에 있는 랜드부에 회전수 1800rpm(선속 5m/sec)하에, 길이 0.765㎛로 단일 주파수 기록 비트를 미리 기록한다. 기록은, 먼저 기록층(25)의 자화의 방향을 한방향(초기화 방향)으로 정렬시켰으므로, 기록용 외부 자계의 방향을 초기화 방향과 역방향으로 고정시켜 놓고, 0.765㎛의 길이에 해당하는 기록 주파수(이 경우에 약 3.3㎒)로 레이저를 변조하여 행한다. 기록 레이저파워는 7㎽ 정도이다.
이와 같이 하여 기록한 기록 비트열을 재생 레이저 출력 및 재생시의 인가 자계를 변화시켜 재생하고, 재생신호 파형의 진폭을 측정한다. 이 결과를 제24도에 나타낸다.
도면에 있어서, 횡축이 재생 레이저 출력이고, 0.5㎽ 내지 3.0㎽의 범위에서 측정한다. 종축은 재생신호 진폭을 나타내고 있고, 재생 레이저 파워가 0.5㎽일때의 진폭으로 규격화되어 있다. 도면 중 A로 나타낸 곡선은 본 실시예의 광자기 디스크에 있어서, 재생시에 인가되는 외부 자계(Hr)를 300(Oe)으로 할 때의 측정결과이다. 또, 도면 중 B로 나타낸 곡선은, 비교를 위해 제작한 종래의 광자기 디스크에 대한 측정 결과이다.
이때 비교용인 광자기 디스크는, 제1실시예에서 이용한 것과 동일하고, 유리 기판상에 AlN 80㎚/DyFeCo 20㎚/AlN 25㎚/AlNi 30㎚ 을 순서대로 적층시켜 AlNi상에 상기와 같은 오버코트층이 형성된 구성을 취하고 있다. 즉, 이 광자기 디스크는 희토류 천이 금속 합금인 DyFeCo자성층을 1층만 형성시키고, 그 양측을 보호층으로서의 기능도 가지고 있는 AlN 투명유전체층으로 그 사이를 채운 후, 최종적으로 반사막인 AlNi를 형성한 구조이다. 이 DyFeCo자성층은, 실온으로부터 고온까지 수직 자화를 포함하고 있다(이하, 이 디스크를 비교용 단층 디스크라고 한다). 이 비교용 단층 디스크에 대해 재생 동작을 행할 때, 외부 자계는 인가되지 않는다.
동 도면 중에 나타낸 점선은, 원점과 0.5㎽에서의 진폭 규격치를 결정하는 선이고, 제1실시예 중에 나타낸 광자기 신호의 재생시에 있어서 신호 진폭과 재생 레이저 출력과의 관계를 나타내는 비례직선을 표시한 것이며, 매체 반사 광량은 재생 레이저 출력에 비례하여 증가하므로, 이것을 재생 레이저 출력으로 대체할 수 있다.
도면에서, 비교용 디스크에서의 측정 곡선 B가 상기 비례 직선의 아래에 있는 이유는 제1실시예에서 상술한 것과 같으므로, 여기서는 생략한다.
본 실시예의 광자기 디스크의 측정 곡선 A도 제1실시예와 같으며, 재생 레이저 출력이 상승함에 따라 급격하게 신호 진폭이 상승하여, 상기 비례 직선보다 위쪽에 있고, 재생 레이저 출력의 증가분 이상의 진폭의 증가를 얻을 수 있다는 것을 알 수 있다. 이것은 제1실시예와 같이 이하에 나타내며, 상기 판독층(23)과 기록층(25)을 포함하는 자기 다층구조(여기에서는 3중층)의 특성을 반영하고, 그 동작을 지지해 주는 것이다.
즉, 상기 특성은 온도가 낮은 때에는, 재생 자계(Hr)와 판독층(23)의 효과에 의해 기록층(25)에 써 넣은 정보가 마스크되어 있기 때문에 판독할 수 없고, 온도 상승에 따라, 판독층(23)의 천이 금속 부격자 자화가 기록층(25)의 천이 금속 부격자 자화에 다르므로 정보가 판독될 수 있다는 것이다.
이어서, 기록 비트를 보다 적게 하는 경우의 재생 신호 품질을 제1실시예와 같이 조사한 결과에 대해 설명한다. 더우기, 보다 작은 기록 비트의 재생이 가능하게 된다는 것은 기록 밀도의 향상을 의미한다.
제25도의 그래프는, 기록 비트 길이와 재생 신호 품질(C/N)과의 관계를 나타내는 것이다. 이 측정에서는, 디스크의 신속을 앞의 실험과 동일하게 5m/sec로 설정하여, 기록 주파수를 변화시켜 기록하고, 그 C/N을 측정한다. 이 외의 광 픽업 및 기록 방법은 앞의 측정시(제24도)와 동일하다. 도면 중, A가 본 실시예의 광자기 디스크의 측정 결과로, 재생 레이저 출력은 2.5㎽로서, 재생시에 인가 자계는 300(Oe)로 한다. 또한, 도면 중 B로 표시한 곡선은 앞의 측정에서 이용한 것과 동일한 비교용 단층 디스크에 대해 측정한 결과로, 재생 레이저 출력은 1㎽, 또 재생시에 자계는 인가하지 않는다.
기록 비트는 길이 0.7㎛이상의 긴 비트에 있어서 양자간 C/N의 차이는 거의 없으나, 0.7㎛이하로 되면, 본 실시예의 광자기 디스크에 의한 측정 곡선 A와 비교용 단층 디스크에 의한 측정 곡선 B의 차가 현저하게 나타난다.
비교용 단층 디스크에 있어서, 기록 비트의 길이가 0.7㎛이하인 경우에 C/N이 저하되는 것은, 제1실시예에서 상술한 바와 같이, 비트 길이가 작아짐에 따라 광 빔의 조사 크기 중에 존재하는 비트의 수(면적)가 증가되어, 각각의 비트를 식별할 수 없게되기 때문이다.
이 측정에 이용되는 광 픽업의 파장과 개구수의 값(780㎚, 0.55)을 이용하여, 광 픽업의 광학적 분해능을 나타내고, 제1실시예에서 설명한 컷 오프 공간 주파수를 구하여, 이것을 기록 비트길이로 환산하면 제1실시예와 동일하게 0.355㎛로 되며, 비교용 단층 디스크에서의 측정 결과는 이것을 반영하고, 0.35㎛에서의 C/N이 거의 0으로 된다.
한편, 본 실시예의 광자기 디스크는 비트 길이보다 작아짐에 따라, C/N이 감소되나, 광학적 분해능인 0.355㎛보다도 짧은 비트에 있어서도 큰 C/N비를 얻을 수 있다.
이상의 결과로부터, 본 실시예의 광자기 디스크를 이용하기 때문에, 광학적 회절 한계보다 작은 비트의 재생이 실행됨이 확인된다. 이것에 의해, 종래의 광자기 디스크에 비해 기록 밀도가 크게 향상시킬 수 있다.
이어서, 상기 기록 밀도 향상에 덧붙여서, 또 다른 하나의 중요한 효과인 크로스 토크 량의 감소에 관해, 제1실시예와 동일하게 수행한 결과에 대해서 설명한다. 또, 제1실시예에서 상술한 사항에 대해서는 생략한다.
여기서는, 랜드 폭과 그루브 폭이 같은 0.8㎛인 상기 유리 기판을 사용한 광자기 디스크를 이용하고 있고, 랜드부 재생시의 인접하는 양 그루브로부터 크로스 토크량을 측정한다.
제26도의 그래프는, 본 실시예와 상기의 비교용 단층 디스크에 대해 측정한 결과를 나타내는 것이다. 이 그래프에 있어서, 횡축은 재생 레이저 출력, 종축은 크로스 토크량이다. 도면 중, A는 본 실시예의 광자기 디스크의 측정 결과이고, 인가 자계(Hr)는 300(Oe)으로 한다. 도면 중 B는 비교용 단층 디스크에서의 측정 결과이다.
이 그래프로부터 알 수 있는 바와 같이, 비교용 단층 디스크(B)에서는, 크로스 토크량이 - 15㏈정도로 큰 것에 대해, 본 실시예의 광자기 디스크(A)에서는 -30㏈정도로 상기 ISO규격에서 정해진 - 26㏈를 클리어하는 값을 얻을 수 있다.
이러한 결과를 얻을 수 있는 이유는 제1실시예에서 상술한 바와 같으므로 여기에서는 상세한 설명을 생략하나, 본 실시예의 광자기 디스크에 관해 중요한 점을 상술하면 다음과 같다. 즉, 본 실시예의 광자기 디스크에서는 광 빔의 중심근방의 영역에서만, 판독층(23)의 천이 금속 부격자 자화가 기록층(25)의 천이금속 부격자 자화의 방향(즉, 기록되어 있는 정보)에 따라 움직이는 것에 대해, 광 빔 중심근방 이외 부분의 판독층(23)의 천이금속 부격자 자화는 재생시에 인가된 외부자계에 따라 움직인다. 따라서, 제27도 나타낸 바와 같이, 광 빔 내에 7개의 비트가 있어도, 재생시에 기여하는 것은 광 빔 중심에 위치하는 1개의 비트만이므로 0.355㎛라고 하는 매우 작은 비트일지라도 큰 C/N을 얻을 수 있다. 또, 인접하는 양 트랙으로부터의 크로스 토크도 매우 작아지게 된다.
이상과 같이, 판독층(23)ㆍ중간층(24)ㆍ기록층(25)을 적층시킨 자기 3중층을 이용하여, 재생시에 외부 자계(재생 자계(Hr))를 인가하면서, 레이저 광을 조사하여, 종래의 광자기 디스크에 비해 대폭적으로 고밀도화 되도록 하는 것과 함께, 크로스 토크가 저감된 양호한 재생동작 특성을 얻을 수 있게 된다.
이상의 설명과 같이, 본 실시예의 광자기 디스크는 소정의 외부 자계인 재생 자계(Hr)가 인가된 상태에서 온도를 변화시킬때, 설정 온도를 초과하는 온도에서는 판독층(23)의 자화 방향이 재생 자계(Hr)의 방향에 무관하게, 기록층(25)의 자화방향과 동일한 방향을 향하고 있고, 한편, 설정 온도보다도 낮은 부분에서는, 판독층(23)의 자화방향은, 기록층(25)의 자화방향과 무관하게, 재생 자계(Hr)의 방향과 동일한 방향을 향하도록 동작한다.
따라서, 재생시에 조사되는 광 빔의 강도 및 재생 자계(Hr)의 크기를 적당하게 설정하는 것에 의해, 광조사 영역 중심부 근방에서 기록층(25)의 기록정보가 재생될 수 있고, 그 주변 영역은 마스크된 상태로 된다. 이것에 의해, 광빔 크기보다도 작은 중심부 근방영역만 재생에 관여하는 것이 가능하므로, 잡음이 감소되고, 재생시의 분해능이 향상된다. 또, 상기 재생 자계(Hr)에 의해 기록층(25)의 정보가 영향을 받지 않는다. 이러한 결과, 트랙 피치를 좁게해도 크로스 토크가 증대되지 않고, 또, 트랙 주행 방향의 기록 밀도의 향상을 실현하는 것이 가능하게 된다. 또, 이러한 것의 초기화용 자계를 필요로 하지 않고 실현할 수 있다.
더구나, 상기 실시예에 있어서, 중간층(24)이, 예컨대 단층에 있어서 실온으로부터 온도의 상승에 따라 자화 방향이 면 내 방향으로부터 수직 방향으로 변화되는 자성으로 되어 있는 것에 의해, 설정 온도보다도 낮은 판독층(23)의 자화 방향을 재생 자계(Hr) 방향으로 하는 경우에 필요한 자계의 강도를 보다 작게 할수 있으므로, 이것에 의해서도, 장치의 소형화, 저소비 전력화를 도모할 수 있게 된다.
본 발명의 제4실시예에 있어서 설명하면 다음과 같다. 설명의 편의상, 상기의 실시예의 도면에 나타낸 바와 동일한 기능을 갖는 부분에서는, 동일한 도면 부호를 부기하고 그 설명을 생략한다.
상기 제3실시예에 있어서는, 자기 3중층의 중간층(24)으로서, 단층에 있어서 실온으로부터의 온도 상승에 따라 자화 방향이 면내 방향으로부터 수직방향으로 변하는 GdFeCoAl 합금을 사용했으나, 본 실시예에서는 이 중간층(24)이 실온으로부터 그 큐리점까지 수직 자화를 나타낸 것으로 구성되어 있다.
이 중간층(24)도, 상기 제3실시예와 동일하게 GdFeCoAl 희토류 천이 금속 합금으로 되어 있다. 이 GdFeCoAl 합금 단층(두께 20㎚)의 보자력(Hc)의 온도 의존성이 제28도에 나타나 있고, 보상온도는 120℃, 큐리온도는 160℃이다. 도면에는 대표적인 온도에서의 카 히스테리시스 루프도 함께 나타나 있다. 이러한 데이타는 상기 제3실시예에서 제20(b)도에 나타낸 것과 동일하게, 유리 기판(41)위에 AlN유전체 막(44)을 50㎚, Al반사막(45)을 30㎚씩 적층시킨 시료를 제작하고, 여기에 유리기판(41)측으로부터 633㎚의 광을 조사하여 측정한 것이다.
이 GdFeCoAl막은 수직 자기 이방성이 제3실시예의 것보다 크기 때문에, 실온상태에서도 자화가 수직 방향으로 향하고 있다.
그래서, 상기 중간층(24)이 판독층(23)과 기록층(25)사이에 형성되어 있는 자기 3중층의 자기 특성을 측정하기 위해, 상기 제3실시예에서 제22도에 나타낸 바와 동일하게 시료를 작성한다. 즉, 유기 기판(61)위에 AlN유전체 막(62)을 70㎚, GdFeCo판독층(63)을 50㎚, 상기의 GdFeCoAl 중간층(64)을 20㎚, DyFeCo 기록층(65)을 50㎚, 보호층으로서 AlN유전체 막(66)을 30㎚ 적층시킨 시료를 제작한다. 이 시료에서 GdFeCo 판독층(63) DyFeCo 기록층(65)은, 상기 제3실시예에서 사용한 것과 각각 동일한 막 두께조성이다.
제29(a)(b)도는 상술한 시료를 유리 기판(61)측으로부터 측정했을 때의 실온과 100℃에서의 카 히스테리시스 루프를 나타내는 것으로, 기판(61)의 카 회전은 상기와 동일하게 캔슬되어 나타나있다. 633㎚의 광을 조사하여 측정하고, 또, 외부 자계는 - 2kOe 내지 + 2kOe에서 변화시킨다. 동 도면(a)가 실온, 동 도면 (b)가 100℃에서의 각 측정 결과이다. 이것은, 상기 제3실시예에 있어서 제17(a)(b)도에 각각 대응되어 있다.
이러한 도면으로부터, 본 실시예에 의한 자기 3중층에서, 제17(a)도의 H1에 대응되는 자계 H1'의 값이 300(Oe), 제17(b)도의 H4에 대응되는 H4'의 값이 1000(Oe)이다. 따라서, 재생시에 300 Hr 1000(Oe) 의 자계를 인가하는 것으로, 제1실시예와 동일하게, 고밀도로 기록하는 정보를 재생할 수 있고, 게다가, 제30도에 나타낸 상기 자기 2중층에서의 H1가 450(Oe)인 것에 비해, 본 실시예에서 H1' = 300(Oe)인 것으로부터 재생 자계(Hr)의 크기를 보다 작게 할 수 있다.
이렇게, 판독층(23)에 대한 기록층(25)으로부터의 유효 바이어스 자계를 실온측에서 억제하기 위한 중간층(24)으로, 실온에서 수직 자화를 나타내는 것으로 구성하는 것도 가능하다. 그러나, 상기 제3실시예와 같이 실온에서 면내 자화방향을 나타낸 것을 채용하는 것으로, 상기 억제 효과를 보다 현저하게 얻을 수 있다. 이것에 의해 재생 자계(Hr)의 크기를 보다 작게 할 수 있다.
또, 제1, 제2실시예, 상기 제3, 제4실시예는 본 발명을 한정하지 않고, 예컨대 판독층(23), 중간층(24) 및 기록층(25)등의 각 조성, 막 두께, 합금의 종류등은 본 발명에 따르면, 자기 3중층의 막 두께, 자기특성, 재생시의 인가전압이, 실시예 중에 나타낸 (12)~(17)식을 만족하는 것이면, 각종 변경이 가능하다.
즉, 희토류 천이 금속 합금은, 희토류와 천이 금속과의 비율을 변화시키면, 보자력 및 자화 크기와 계면에서의 자벽 에너지가 크게 변화는 재료계이므로, GdFeCo, GdFeCoAl과 DyFeCo의 비율을 변화시켜, 여기에 따라 상술한 H1과 H4도 변화시킨 구성으로 할 수 있다. 또, 막 두께를 변화시키는 것도 동일하다.
또한, 희토류 천이 금속 합금은 희토류와 천이 금속의 비율을 변화시키면, 희토류와 천이 금속의 자화가 균형된 보상온도가 변하는 재료이므로, 판독층에 사용된 GdFeCo로 교체하여, 예컨대 GdDyFeCo, NdGdFeCo, GdCo등을 사용할 수 있고, 또, 기록층에 사용된 DyFeCo로 교체하여, 예컨대 TbFeCo, GdTbFe, GdTbFeCo, GdDyFeCo, NdGdFeCo등을 사용하는 것도 가능하다.
또, 중간층에 이용되는 GdFeCoAl에 있어서, Al은 주로 큐리 온도를 조정하기 위해 첨가되고 있으나, Al이외의 비자성 금속과 Ni도 또한 희토류 천이 금속 합금에 첨가되는 경우, 큐리 온도를 내리는 효과가 있으므로, Al대신에 첨가하는 것도 가능하다. 또, 큐리 온도가 비교적 낮은 희토류 천이 금속 합금과, 이것에 첨가 원소를 가미한 것을 사용하는 것도 가능하다.
또, 막 두께 방향으로 조성을 연속적으로 변화시켜, 겉보기상, 자기 2중층으로 된 구성에서, (12)~(17)식을 만족하도록 하는 것도 가능하다. 또, 본 발명의 범위에서는, 예컨대, 판독층(23)과 기록층(25)의 사이에, 중간층(24)과 기타 자성층을 더 형성시켜, 더 다충화시킨 자성층의 구성으로 하는 것등도 가능하다.
한편, 발명의 상세한 설명에 나타난 구체적인 실시 태양, 또는 실시예는 어디까지나 본 발명의 기술적 내용을 명확하게 하는데 있고, 본 발명은 이러한 구체예에만 한정되어 협의로 해석하기 위한 것은 아니며, 본 발명의 정신과 다음에 기재되는 특허 청구사항의 범위내에서, 여러가지로 변경해서 실시하는 것이 가능하다.

Claims (11)

  1. 수직 자기 이방성을 갖는 자성층으로 되고, 정보가 기록된 기록층; 및, 상기 기록층 위에 형성되고, 수직 자기 이방성을 갖는 자성층으로 되며, 광 빔을 조사하는 것에 의해 상기 기록층에 기록되어 있는 정보의 판독이 이루어지는 판독층; 을 포함하고, 상기 판독층과 상기 기록층은 거의 실온상태에서 판독층의 자화 방향을 기록층의 자화방향과 역방향이 되도록 하기 위해 필요한 최소의 외부자계(H1)와 소정 온도(tm) 이상의 설정 온도(t)에서 판독층의 자화방향이 기록층의 자화방향과 일치하는 방향이 되도록 하는데 필요한 최대의 외부자계(H4)와의 사이에 H1H4가 되는 관계를 가지며, 판독층과 기록층사이에 배치된 자성층으로 되고, 판독층에 대한 기록층으로부터의 유효 바이어스 자계를 실온측에 억제하는 중간층을 더 포함하는 광자기 기록 매체.
  2. 제1항에 있어서, 판독층의 두께가 0보다 크고 150㎚이하인 광자기 기록 매체.
  3. 제1항에 있어서, 판독층 및 기록층이 모두 페리 자성체인 희토류 천이 금속 합금으로부터 제조되는 광자기 기록 매체.
  4. 제3항에 있어서, 판독층은 희토류 금속 부격자 자화 및 천이금속 부격자 자화를 가지며, 실온에서 상기 희토류 금속 부격자 자화가 상기 천이금속 부격자 자화보다 우세한 광자기 기록 매체.
  5. 제1항에 있어서, 상기 판독층과 중간층으로 된 2층막의 두께를 h1', 실온(ta)에서의 판독층과 중간층으로 된 상기 2층막의 보자력을 Hc1'(ta), 실온에서 2층막의 포화자화를 Ms1'(ta), 판독층과 기록층사이의 자벽 에너지를 σw'(ta)로 하며, 또, 상기 설정 온도(t)에서 판독층과 중간층으로 된 상기 2층막의 보자력을 Hc1'(t), 온도(t)에서 상기 2층막의 포화자화를 Ms1'(t), 판독층과 기록층 사이의 자벽 에너지를 σw'(t)로 하고, 또, 실온 및 온도(t)에서 상기 기록층으로부터 상기 판독층에 인가된 유효 바이어스 자계를 각각 Hw1'(ta) 및 Hw1'(t)라 하고,
    Hw1'(ta) = σw'(ta) / 2Ms1'(ta)h1'
    Hw1'(t) = σw'(t) / 2Ms1'(t) h1'
    로 할 때, 조건 Hc1'(ta) + Hw1'(ta) - Hc1'(t) + Hw1'(t) 을 만족시키는 광자기 기록 매체.
  6. 제1항에 있어서, 상기 중간층은 단층에 있어서 실온으로부터 온도 상승에 따른 자화 방향이 면내 방향으로부터 수직 방향으로 변하는 자성층을 포함하고 있는 광자기 기록 매체.
  7. 제6항에 있어서, 상기 중간층은 상기 소정 온도(tm)이상에 있어서 자화 방향이 수직 방향을 나타내는 광자기 기록 매체.
  8. 제1항에 있어서, 상기 중간층은 단층에 있어서 실온으로부터 상기 설정 온도(t)까지 자화 방향이 수직 방향인 자성층을 포함하고 있는 자기 기록 매체.
  9. 제1항에 있어서, 판독층, 중간층, 및 기록층이 모두 페리 자성체인 희토류 천이 금속 합금으로부터 제조되는 광자기 기록 매체.
  10. 제9항에 있어서, 판독층 및 중간층이 모두 실온에서 희토류 금속 부격자 자화가 천이금속 부격자 자화보다 우세한 광자기 기록 매체.
  11. 제1항의 광자기 기록 매체를 이용하고,
    H1Hr H4
    의 관계를 만족시키는 외부자계(Hr)를 광빔 조사영역의 전체에 걸쳐 거의 균일하게 인가하면서, 판독층에 있어 자화방향에 따른 광빔의 변화를 검출하여 기록 정보를 판독하는 스텝을 포함하며, 상기 정보를 판독하는 스텝은 상기 판독층과 중간층으로 된 2층막의 두께를 h1', 실온(ta)에서의 판독층과 중간층으로 된 2층막의 보자력을 Hc1'(ta), 포화자화를 Ms1'(t), 판독층과 기록층 사이의 자벽 에너지를 σw'(ta)로 하고, 또 상기 설정온도(t)에서의 판독층과 중간층으로 된 2층막의 보자력 Hc1'(t), 포화자화를 Ms1'(t), 판독층과 기록층 사이의 자벽 에너지를 σw'(t)로 하고, 또 실온 및 온도(t)에서의 판독층에 대한 기록층으로부터의 유효 바이어스 자계를 각각 Hw1'(ta) 및 Hw1'(t) 라 하면,
    Hw1'(ta) = σw'(ta) / 2Ms1'(ta) h1'
    Hw1'(t) = σw'(t) / 2Ms1'(t) h1'
    로 하며, 상기 기록층의 두께를 h2, 실온(ta)에서의 기록층의 보자력을 Hc2(ta), 포화자화를 Ms2(ta), 또 설정 온도(t)에서의 기록층의 보자력을 Hc2(t), 포화자화를 Ms2(t)로 하고, 또 실온 및 온도(t)에서의 기록층에 대한 판독층으로부터의 유효 바이어스 자계를 각각 Hw2(ta) 및 Hw2(t) 라 하며,
    Hw2(ta) = σw'(ta) / 2Ms2(ta) h2
    Hw2(t) = σw'(t) / 2Ms2(t) h2
    로 할때,
    Hc1'(ta) + Hw1'(ta) Hr- Hc1'(t) + Hw1'(t)
    HrHc2(ta) - Hw2(ta)
    HrHc2(t) - Hw2(t)
    의 관계를 만족시키는 외부자계(Hr)를 인가하는 광자기 기록 정보의 재생방법.
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