KR100205403B1 - Structure of magneto-optical recording medium - Google Patents
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Abstract
본 발명은 4층 구조 광 자기 기록매체의 각 층의 두께를 최적화하는 것에 관한 것으로, 희토류-천이금속 합금 기록막은 희토류 원소의 산소 친화력이 크기 때문에 산화가 쉽게 일어나 시간에 대한 열화가 빨라서 기록된 정보의 손실우려가 크게 되며 이를 막기 위해 유전체 보호막을 입히지만 여러 가지 요인에 의해 핀홀(Pin Hole)이 생기면 시간에 따라서 비트-에러-레이트(Bit-Error-Rate)d가 급격히 증대되는 등 완벽한 보호를 못하는 실정이고 특히 기록막이 두께가 얇은 4층 구조의 경우에는 이 문제가 더욱 심각해 진다.The present invention relates to optimizing the thickness of each layer of a four-layer structured magneto-optical recording medium. Since rare-earth-transition metal alloy recording films have a high oxygen affinity of rare earth elements, oxidation occurs easily, and information recorded due to rapid deterioration with time is recorded. The dielectric loss is increased to prevent this from happening.However, if a pinhole is created due to various factors, the bit-error rate is rapidly increased over time. This problem is aggravated especially in the case of a four-layer structure in which the recording film is thin and the situation is not.
이에 따라 본 발명은 자기 광학적 효과를 이용할 수 있는 4층 구조에서 기록 재질을 Co/Pd 초격자 다층 박막을 이용하여 화학적으로 안정하여 기록된 정보 보존에 신뢰성이 있고, 4층 구조는 다중 반사, 간섭 등에 의해 자기 광학적 효과를 충분히 크게 할 수 있게 하며, 각 층에서 입사, 반사되는 빛의 관계를 이용한 정량적 계산을 통해 최대의 판독신호를 얻을 수 있는 두께의 조합을 찾을 수 있도록 한 것이다.Accordingly, the present invention is chemically stable using a Co / Pd superlattice multilayer thin film in a four-layer structure capable of utilizing magneto-optical effects, so that the recording information is reliable in preserving recorded information, and the four-layer structure has multiple reflections and interferences. It is possible to increase the magneto-optical effect sufficiently, and to find a combination of thicknesses that can obtain the maximum reading signal through quantitative calculation using the relationship between the incident and reflected light in each layer.
Description
제1a도 내지 제1c도는 광 자기 기록방법을 보인 예시도.1A to 1C are exemplary views showing a magneto-optical recording method.
제2a도 내지 제2c도는 본 발명에 다른 광 자기 기록매체의 구조도.2A to 2C are structural diagrams of a magneto-optical recording medium according to the present invention.
제3도는 4층 구조 기록층의 두께에 따른 최적화된 두께 조합 및 자기 광학 효과의 측정 데이타.3 shows measurement data of optimized thickness combinations and magneto-optical effects according to the thickness of a four-layer structure recording layer.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
10 : 보호층 12 : 기록층10: protective layer 12: recording layer
14 : 비반사층 16 : 패이즈층14: anti-reflective layer 16: paise layer
18 : 반사층 20 : 기판18: reflective layer 20: substrate
본 발명은 4층 구조 광 자기 기록매체의 각 층의 두께를 최적화하는 것에 관한 것으로, 특히 Co / Pd 초격자 다층박막을 기록층으로 하였을 때 각 층의 두께 조합을 결정하여 판독 신호를 최대화하는 데 적당하도록 한 광 자기 기록매체에 관한 것이다.The present invention relates to optimizing the thickness of each layer of the four-layer structured magneto-optical recording medium. In particular, when the Co / Pd superlattice multilayer is used as the recording layer, the thickness combination of each layer is determined to maximize the read signal. It relates to a magneto-optical recording medium which has been adapted.
일반적으로 광 자기 기록 방법은 수직 자성을 가진 박막의 자화 방향을 상향 또는 하향으로 함으로써 2진법 디지털 정보를 저장하게 된다. 정보의 기록은 외부에서 원하는 방향으로 300Oe 정도의 자장을 가해준 채 레이저광으로 매체가 자성을 잃어버리는 큐리(Curie) 온도 이상으로 가열한 후, 레이저를 끄면 매체가 냉각되면서 레이저가 주사되었던 국소 영역에서의 자화 방향이 외부 자장과 같은 방향으로 됨으로써 정보가 기록된다(제1a도).In general, the magneto-optical recording method stores binary digital information by increasing or decreasing the magnetization direction of a thin film having vertical magnetism. The recording of information is performed from the outside with a magnetic field of about 300Oe in the desired direction, heated above the Curie temperature where the medium loses its magnetism by laser light, and then turned off to cool the medium where the laser is scanned. Information is recorded by making the magnetization direction in the same direction as the external magnetic field (Fig. 1A).
한편, 기록된 정보의 판독은 폴라 커 효과 (Polar Kerr Effect)를 이용하여 행해지는데 이것은 선편광을 수직 자성 재질에 주사하면 반사되는 빛의 편광 방향이 입사광의 편광 방향으로부터 회전하는 현상으로 , 회전각의 크기, 소위 커 회전각은 자화의 크기에 의존하고 회전 방향을 자화의 자기 방향에 따라 시계 방향 및 반시계 방향으로 회전한다.On the other hand, reading of the recorded information is performed using the Polar Kerr Effect, which is a phenomenon in which the polarization direction of reflected light rotates from the polarization direction of incident light when linearly polarized light is scanned on a perpendicular magnetic material. Magnitude, the so-called curler rotation angle, depends on the size of the magnetization and rotates the direction of rotation clockwise and counterclockwise according to the magnetization direction of the magnetization.
따라서 상향과 하향의 자화 방향에서 반사되는 반사광의 차이를 검출함으로써 정보를 판독하게 된다(제1b도).Therefore, information is read by detecting the difference between the reflected light reflected in the upward and downward magnetization directions (FIG. 1B).
그리고 기록된 정보의 소거는 외부 자장을 기록할 때와 반대방향으로 걸어줌으로써 가능하게 되며(제1c도) 이와 같은 기록-소거-재기록의 과정은 자화의 방향만 바꾸어 주는 것으로 무한히 계속될 수 있다.And erasure of the recorded information is made possible by walking in the opposite direction as when recording the external magnetic field (Fig. 1C). This process of recording-erasing-rewriting can be continued indefinitely by changing only the direction of magnetization.
한편, 현재 범용되고 있는 광 자기 기록매체로는 희토류-천이금속의 합금박막인데, 희토류 원소로는 Md, Gd, Tb, Dy 등이고, 천이금속으로는 Fe, Co 등이 이용된다.On the other hand, a magneto-optical recording film of rare earth-transition metal is currently used as a magneto-optical recording medium. Md, Gd, Tb, and Dy are rare earth elements, and Fe, Co, and the like are used as transition metals.
그리고 이 중 가장 성능이 우수한 재료로는 TbFeCo가 사용된다.TbFeCo is used as the most excellent material among them.
희토류-천이금속 합금 기록막의 제작방법으로는 주로 스퍼터링(Sputtering)이 이용되는데, 이 경우 합금 타겟을 이용하거나 희토류와 천이금속 합금 각각을 타겟으로 한 코-스퍼터링 방법을 이용하기도 한다Sputtering is mainly used as a method of manufacturing a rare earth-transition metal alloy recording film, in which case, an alloy target or a co-sputtering method targeting a rare earth and a transition metal alloy may be used.
희토류 원소는 산소 친화력이 크기 때문에 산화가 쉽게 일어나는데, 이를 막고 또한 판독시 커 회전각을 크게 증대시키는 광 튜닝(Optical Tuning)을 위해 유전체막을 제작한다.Since rare earth elements have a high oxygen affinity, oxidation easily occurs. A dielectric film is manufactured for optical tuning, which prevents this and also greatly increases the rotation angle during reading.
자기 광학 효과를 증대시키면서 실용적인 광 자기 디스크의 대표적인 구조가 제2a도이며, 이중 자기 광학 효과를 최대로 이용하여 포토다이오드의 쇼트노이즈(Short noise)만 고려했을 때 SNR과 비례관계가 있는 RθK 2를 가장 크게 할 수 있는 구조가 제2c도이다.The representative structure of the practical magneto-optical disk while increasing the magneto-optical effect is shown in FIG. 2a. Rθ K 2 which is proportional to the SNR in consideration of the short noise of the photodiode using the maximum magneto-optic effect is maximized. 2c is a structure capable of making the largest.
여기서 R은 반사도이고, θ는 커 회전각이다.Where R is the reflectivity and θ is the rotation angle.
그러나 상기와 같은 구조에서 희토류-천이금속 합금 기록막은 희토류 원소의 산소 친화력이 크기 때문에 산화가 쉽게 일어나 시간에 대한 열화가 빨라서 기록된 정보의 손실 우려가 크게 되며 이를 막기 위해 유전체 보호막을 입히지만 여러 가지 요인에 의해 생기는 핀홀(Pin Hole) 등에 의해 시간에 따라서 비트-에러-레이트(Bit -Error -Rate)가 급격히 증대되는 등 완벽한 보호를 못하는 실정이고 특히 기록막이 두께가 굵은 4층 구조의 경우에는 이 문제가 더욱 심각해진다.However, in such a structure, the rare earth-transition metal alloy recording film has a high oxygen affinity of the rare earth element, so that oxidation easily occurs and deterioration over time increases the risk of loss of recorded information, and a dielectric protective film is coated to prevent this. It is not possible to provide perfect protection, such as the bit-error-rate rapidly increases with time due to pin holes caused by a factor, etc., especially in the case of a four-layer structure having a thick film. The problem becomes more serious.
이에 따라 본 발명은 Co/Pd 초격자 다층 박막을 기록층으로 하였을 때 각 층의 두께조합을 결정하여 판독 신호를 최대화하도록 착안한 것으로 이를 상세히 설명하면 다음과 같다.Accordingly, the present invention has been devised to maximize the read signal by determining the thickness combination of each layer when the Co / Pd superlattice multilayer thin film is used as the recording layer.
본 발명에서는 광 자기 기록 재질로서 Co/Pd 혹은 Co/Pt 초격자 다층 박막 기록매체를 적용하였는데, 이 재질은 산화에 대한 저항이 매우 강하고 화학적으로도 안정이 되어 있어 정보의 손실 우려가 없고 단파장 영역(400-500㎚)에서 큰 커(Kerr) 효과를 보이는 특성이 있다.In the present invention, a Co / Pd or Co / Pt superlattice multilayer thin film recording medium is used as the magneto-optical recording material, which is highly resistant to oxidation and chemically stable, so that there is no fear of information loss and a short wavelength region. There is a characteristic that shows a large Kerr effect at (400-500 nm).
광 자기 기록의 집적 용량은 사용하는 레이저 파장의 제곱에 역비례하는데, 향우 단파장(400-500㎚)의 사용이 예상되는 추세에 있어서 본 발명은 단파장에서 고밀도용 기록매체로 적합하다.The integration capacity of the magneto-optical recording is inversely proportional to the square of the laser wavelength used. In the trend where the use of the fragrance short wavelength (400-500 nm) is expected, the present invention is suitable as a recording medium for high density at a short wavelength.
Co/Pd 초격자 다층 박막은 Co 층의 두께가 1원자 두께 정도이고 Pd 층의 두께는 6-15A일 때 기록 재질로서 좋은 결과를 보여준다.The Co / Pd superlattice multilayer thin film shows good results as a recording material when the thickness of the Co layer is about 1 atom thick and the thickness of the Pd layer is 6-15A.
그리고 이러한 초격자 다층 박막을 제작하는 방법은 두 개의 원소를 차례로 배열한 줄무늬 타겟을 이용한 스퍼터링으로 양산이 가능하다.In addition, the method of manufacturing the superlattice multilayer thin film can be mass-produced by sputtering using a stripe target in which two elements are arranged in sequence.
본 발명에서는 4층 구조(제2c도)에서 각 경계면의 다중 반사와 간섭에 의해 커 효과를 증대시킬 수 있을 때 Co/Pd 재질을 기록막으로 하였을 경우 각 층의 두께를 최적화하며, 이때 반사도는 10%이고 타원율이 0인 두께를 선택하였는데 반사도를 10%로 선택하는 것은 범용의 광 자기 디크크 드라이브가 1.5-2.0 mw 의 판독 출력을 쓰고 있는데, 이때 광다이오드가 읽을 수 있는 최소값이기 때문이며, 타원율이 0이 아닌 경우에는 이를 보정해 주는 파장판(Wave Plate)을 헤드에 설치해 주어야 하기 때문이며, 이 경우 헤드의 광학계가 복잡해지고 무거워져서 엑세스 시간을 길게 하는 등의 결함이 있기 때문이다.In the present invention, the thickness of each layer is optimized when the Co / Pd material is used as the recording film when the effect can be increased by multi-reflection and interference at each interface in the four-layer structure (Fig. 2C). A thickness of 10% and an ellipticity of 0 was chosen, but a reflectance of 10% was chosen because the universal magneto-optical disc drive uses a readout of 1.5-2.0 mw, which is the minimum that the photodiode can read. If the value is not 0, a wave plate for correcting this problem must be installed in the head. In this case, the optical system of the head becomes complicated and heavy, which results in a long access time.
광 자기 디스크의 경우, 광 자기 기록막에 유전체 박막으로 광 튜닝(Optical Turning)을 함으로써 자기 광학 효과를 증대시켜 판독시 신호를 크게 하는 것이 일반적인데 본 발명에서는 광 자기 기록재질을 포함한 4층 박막구조(제2c도)에서 커 회전각, 반사도, 타원율 및, RθK 2를 계산하였으며 이러한 자기 광학 효과들의 정량적인 계산을 통해 기록된 정보의 판독신호를 최대화할 수 있는 각 층의 두께를 결정하도록 하는데, 이를 위해 전자기파인 빛의 관계를 결정짓는 특징 행렬을 이용하여 다층구조에서 반사되는 빛을 계산한다.In the case of a magneto-optical disk, it is common to increase the magneto-optical effect and to increase the signal upon reading by optically tuning the magneto-optical recording film with a dielectric thin film. In the present invention, a four-layer thin film structure including a magneto-optical recording material is used. In Fig. 2c, the rotation angle, reflectivity, ellipticity, and Rθ K 2 were calculated and these quantitative calculations of the magneto-optic effects allowed us to determine the thickness of each layer to maximize the reading signal of the recorded information. For this purpose, the light reflected from the multilayer structure is calculated using a feature matrix that determines the relationship of light, which is electromagnetic waves.
이 방법으로 각 층의 두께를 변화시키면서 일정한 반사도(R=10%)에서 타원율을 작고 커 회전각은 커서 RθK 2이 큰 두께의 조합을 계산으로 결정하는 데 이는 다층 구조의 각 층의 두께를 최적화시키는데 소요되는 엄청난 실험적 시간과 노력을 대폭 줄여준다.By varying the thickness of each layer in this way, the ellipticity is small and the rotation angle is large at a constant reflectivity (R = 10%), so the calculation of a combination of thicknesses with large Rθ K 2 is determined by calculating the thickness of each layer in the multilayer structure. Significantly reduces the tremendous experimental time and effort required to optimize.
여기서 상기 RθK 2는 광 다이오드의 쇼트 노이즈(Short Noise)만 고려할 때 SNR(Signal to Noise Ratio)에 비례하는 값이다.Here, Rθ K 2 is a value proportional to SNR (Signal to Noise Ratio) when only short noise of the photodiode is considered.
광원의 파장이 830㎚일 때 계산에 사용된 각 층의 굴절율은 Co/Pd 기록막의 우원 편광 굴절율 NR과 좌원 VUS광 굴절율 NL은 각각 NR= 2.12+3.963i, NL=2.16+3.937i이고 비반사층(14)과 패이즈(Phase : 16)층에 이용한 A1N은 N=2.0, 반사막인 Al은 N=2.0+7.1i로서 이에 대한 계산 결과는 표1에 나타난 바와 같이 Al반사층(18)의 두께가 일정하도록 할 때 Co/Pd 기록층(12)의 두께에 따른 비반사층(14)과 패이즈CMD(16)의 두께를 변화시켰을 때 반사도 10%에서의 RθK 2, 커 회전각, 타원율 등의 값이다.When the wavelength of the light source is 830 nm, the refractive index of each layer used for the calculation is the right polarized refractive index N R and the left VUS light refractive index N L of the Co / Pd recording film, respectively, N R = 2.12 + 3.963i and N L = 2.16 + 3.937 i is used for the non-reflective layer 14 and the phase (Phase: 16) layer, A1N is N = 2.0, Al is N = 2.0 + 7.1i as a reflecting film, and the calculation results are shown in Table 1 as shown in Table 1. ) non-reflective layer 14 and the L-rise CMD (when was changed to a thickness of 16) Rθ K 2, Kerr rotation in the reflectivity of 10%, each according to the thickness of the Co / Pd recording layer 12 when a is constant thickness , Ellipticity, and the like.
따라서 본 발명은 자기 광학적 효과를 증폭할 수 있는 4층 구조에서 기록재질을 Co/Pd 초격자 다층 박막을 이용하였을 때 Co/Pd 자체는 화학적으로 안정하여 기록된 정보 보존에 신뢰성이 있고 4층 구조는 다중 반사, 간섭 둥에 의해 자기 광학적 효과를 충분GL 크게 할 수 있다.Therefore, in the present invention, Co / Pd itself is chemically stable when using a Co / Pd superlattice multilayer thin film as a recording material in a four-layer structure capable of amplifying magneto-optical effects, and thus it is reliable in preserving recorded information and has a four-layer structure. The multi-reflective, coherent interference can enhance the magneto-optical effect sufficiently.
이 경우 각 층의 두께 조합이 자기 광학 효과에 큰 영향을 끼치는데 본 발명에서는 컴퓨터 계산을 이용하여 각 층의 두께를 변화시키면서 Kerr 회전각(θ), 타원율, 반사도(R) 그리고 재생 신호와 비례하는 RθK 2등을 계산하여 최적의 신호를 얻을 수 있는 각 층의 두께 영역을 결정하였다.In this case, the thickness combination of each layer has a great influence on the magneto-optical effect. In the present invention, the thickness of each layer is changed using computer calculation, and it is proportional to the Kerr rotation angle (θ), ellipticity, reflectivity (R), and the reproduction signal. Rθ K 2 and the like were calculated to determine the thickness area of each layer to obtain an optimal signal.
제2c도의 4층 구조에서 계산한 결과 10㎚≤ 비반사층(14)≤90㎚, 17.5㎚≤기록층(12)≤32.5㎚, 그리고 100㎚≤패이즈층(16)≤150㎚의 두께일 때 최적의 재생 신호를 갖게 됨을 알았다.As calculated from the four-layer structure of FIG. 2C, the thickness of 10 nm ≤ antireflective layer 14 ≤ 90 nm, 17.5 nm ≤ recording layer 12 ≤ 32.5 nm, and 100 nm ≤ phase layer 16 ≤ 150 nm It was found that when the optimal reproduction signal is obtained.
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