KR100306975B1 - Magnetic material containing metastable alloy and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이온선 혼합법을 이용하여 준안정 합금으로 광자기 디스크 드라이브와 같은 대용량 저장 매체에 사용되는 자성 및 광자성 재료를 제조하는 방법에 관련된 것이다. 본 발명에서는 희토류 물질(Pt, Pd 혹은 Tb)과 천이금속(Co 혹은 Fe)을 합금 조성비에 상응하는 두께 비율로 한쌍 혹은 여러쌍을 증착시키는 단계와, 불활성 기체 이온(Ar, Xe 혹은 Kr)을 상기 증착된 박막 층에 조사하여 준안정성(meta-stable) 상태의 합금 박막을 형성하는 단계를 포함한다. 따라서, 본 발명에서는 희토류 물질(특히, Pt)과 천이금속 물질(특히, Co)이 서로 준안정성 상태로된 광자기 특성을 갖는 합금속(CoPt 혹은 CoPt3)을 포함하는 자성 박막을 제공한다.The present invention relates to a method for producing magnetic and photomagnetic materials for metastable alloys in mass storage media such as magneto-optical disk drives using ion beam mixing. In the present invention, a rare earth material (Pt, Pd or Tb) and the transition metal (Co or Fe) is deposited by a pair or several pairs in a thickness ratio corresponding to the alloy composition ratio, and inert gas ions (Ar, Xe or Kr) Irradiating the deposited thin film layer to form an alloy thin film of meta-stable state. Accordingly, the present invention provides a magnetic thin film comprising an alloy bundle (CoPt or CoPt 3 ) having magneto-magnetic properties in which a rare earth material (particularly Pt) and a transition metal material (particularly Co) are metastable to each other.
Description
본 발명은 자성 및 광자성 재료를 만드는 방법에 관련된 것이다. 특히, 본 발명은 이온선 혼합법을 이용하여 준안정 합금으로 광자기 디스크 드라이브와 같은 대용량 저장 매체에 사용되는 자성 및 광자성 재료를 제조하는 방법에 관련된 것이다.The present invention relates to a method of making magnetic and photomagnetic materials. In particular, the present invention relates to a method of producing magnetic and photomagnetic materials for use in mass storage media such as magneto-optical disk drives with metastable alloys using ion beam mixing.
산업 사회에 이어 정보화 사회로 발전됨에 따라 점점 증가하는 정보를 신속, 정확하게 저장하고 처리할 수 있는 대용량 정보 저장 장치가 필요하게 되었다. 현재 주로 사용되는 대용량 정보 저장 장치들은 자성 물질을 사용한 디스크 저장 매체가 주종을 이루고 있다. 디스크 형태의 저장 매체에는 여러 가지 종류가 있는데 현재 원판형의 자성 박막에 레이져 빔을 이용하여 정보를 기록하고, 재생하는 광자기 디스크(MOD : Magneto Optical Disk)가 그 저장 용량 및 처리 속도에서 가장 주목 받고 있는 제품중의 하나이다.As the industrial society has developed into an information society, there is a need for a large-capacity information storage device capable of quickly and accurately storing and processing an increasing amount of information. Currently, large-capacity information storage devices mainly used are mainly disk storage media using magnetic materials. There are many types of disk-type storage media. Currently, magneto optical disks (MOD), which record and reproduce information using a laser beam on a disk-shaped magnetic thin film, are most noticeable in terms of their storage capacity and processing speed. One of the products I'm getting.
회전 가능한 원판의 표면에 자성박막이 형성되어있는 광자기 디스크의 구동원리를 살펴보면 다음과 같다. 광자기 디스크에 정보를 기록하는 방법은 열자기 효과를 사용한다. 즉, 자성 박막 표면에 약 1μm로 집광된 레이져 빔을 조사 시켜 그 부분의 온도를 큐리 온도(약 200℃)로 상승시킨다. 그러면, 그 부분의 자성 박막은 자화 구조를 잃게되며, 이때 바이어스 마크네트 혹은 바이어스 코일을 이용하여 자장을 상 혹은 하 바향으로 걸어준다. 그리고, 이 자성 박막의 일 부분은 자연 냉각되면서 이 외부 자장과 자체의 반자장의 영향으로 걸어준 자속 방향에 반전된 자화 방향을 갖는 자구(Magnetic Domain)가 형성된다. 이 때, 사용되는 레이져 빔의 파장은 780nm 혹은 830nm이고, 기록 펄스 시간은 약 100ns이며, 자성 박막은 약 100 - 300 Oe의 약한 외부 자계로도 자화된다. 이렇게 형성된 자구의 자화 방향이 디지털 신호의 "0"과 "1"에 대응하여 정보를 저장하게된다. 광자기 디스크에 기록된 정보를 읽어낼 때에는 자기광 효과를 이용한다. 자기광 효과는 선편광된 빛이 재질에서 반사시 혹은 투과시 편광 방향이 바뀌는 것이다. 이 때, 레이져 빔의 편극이 단일 직선 형태로 나타나는 직선 편광 성질을 이용한다. 디스크의 표면에 형성된 자구에 선편광 성질을 갖는 레이져 빔을 집광 시키면, 자구의 자화 방향에 따라 반사광의 진동축이 ±θk(< 1°)만큼 회전하는 현상이 나타난다. 이것을 Kerr 효과라고 한다. 이러한 진동축의 회전 방향을 감지하여 원래의 디지털 신호로 복조함으로써 기록된 정보를 읽어낸다.The driving principle of the magneto-optical disk having the magnetic thin film formed on the surface of the rotatable disk is as follows. The method of recording information on the magneto-optical disk uses the thermomagnetic effect. That is, by irradiating the laser beam focused on the surface of the magnetic thin film at about 1 μm to raise the temperature of the portion to the Curie temperature (about 200 ℃). Then, the magnetic thin film of the portion loses the magnetization structure, and the magnetic field is applied upward or downward by using a bias mark net or a bias coil. As a part of the magnetic thin film is naturally cooled, a magnetic domain having a magnetization direction inverted in the magnetic flux direction applied by the external magnetic field and its anti-magnetic field is formed. At this time, the wavelength of the laser beam used is 780 nm or 830 nm, the recording pulse time is about 100 ns, and the magnetic thin film is also magnetized by a weak external magnetic field of about 100-300 Oe. The magnetization direction of the magnetic domain thus formed stores information corresponding to "0" and "1" of the digital signal. The magneto-optical effect is used to read information recorded on the magneto-optical disk. The magneto-optical effect is the change in polarization direction when linearly polarized light is reflected or transmitted from the material. At this time, the linear polarization property in which the polarization of the laser beam appears in the form of a single straight line is used. When the laser beam having the linear polarization property is condensed on the magnetic domain formed on the surface of the disk, the phenomenon that the oscillation axis of the reflected light rotates by ± θ k (<1 °) according to the magnetization direction of the magnetic domain appears. This is called the Kerr effect. The recorded direction is read by sensing the rotational direction of the vibration axis and demodulating the original digital signal.
이러한 광자기 디스크에 사용되는 광자기 재질이 되기 위해서는 여러 가지 조건들이 있다. 첫 번째로, 수직 자화성이 좋아야 한다. 그래야 고밀도 정보 저장을 이룩할 수 있으며, 기록된 정보를 읽을 때 Kerr 효과를 사용할 수 있다. 두 번째로, 히스테리시스 루프(Hysteresis loop)가 직사각형 모양이어서 100% 잔류 자화력 혹은 잔류 Kerr 회전각을 가져야 한다. 즉, 외부 자기장이 제거된 상태에서 단일 자구를 가져야 한다. 세 번째로, 광자기 판독 신호가 Kerr 회전 각도에 비례하므로 Kerr회전 각도가 클수록 좋다. 잡음이 없다면 θk는 약 0.2°정도 이상이면 가능하다. 네 번째로, 저출력 다이오드 레이져로 저오보를 기록할 수 있을 정도로 낮은 큐리 온도를 가져야한다. 약 300℃ 이하이면 적당하다. 다섯 번째로, 기록된 자구가 상온에서 외부 자장에 의해 소거되지 않을 정도로 상온에서의 항자력이 커야한다. 약 1kOe 이상이면 적당하다. 여섯 번째로, 그레인 경계에 의한 잡음이 없어야 한다. 레이져 빔의 크기가 1μm정도 이므로 그레인의 크기가 이보다 훨씬 적어야 바람직하다. 일곱 번째로, 재질의 내 산화성, 내 부식성이 강해 수명이 길어야 실용적으로 가치가 있다.There are various conditions to become a magneto-optical material used for such a magneto-optical disk. First, the vertical magnetization should be good. This allows high density storage of information and the use of Kerr effects when reading the recorded information. Secondly, the hysteresis loop must be rectangular in shape and have 100% residual magnetization force or residual Kerr rotation angle. That is, it must have a single domain with the external magnetic field removed. Third, since the magneto-optical reading signal is proportional to the Kerr rotation angle, the larger the Kerr rotation angle, the better. If there is no noise, θ k is possible if it is about 0.2 ° or more. Fourthly, it should have a low Curie temperature enough to record low errors with low power diode lasers. If it is about 300 degrees C or less, it is suitable. Fifth, the coercive force at room temperature should be large so that the recorded magnetic domain is not erased by the external magnetic field at room temperature. At least about 1 kOe is suitable. Sixth, there should be no noise due to grain boundaries. Since the size of the laser beam is about 1 μm, the grain size should be much smaller than this. Seventh, the material's oxidation resistance and corrosion resistance is strong, so the service life is long, it is worth practically.
이상의 조건들을 바탕으로 지금까지 연구 개발되어온 광자기 기록 재질들을 살펴보면 다음과 같다. 우선, 제일 처음으로 연구된 자성 박막은 MnBi이다. 이것은 Kerr 회전각은 크지만, 그레인의 크기가 1μm 정도로 그레인 경계에 의한 잡음이 심해서 현재 사용하고 있지 않다. 다음으로 ferrites 및 garnets 등이 개발되었는데 가시영역 파장에서 투과율이 높아 기록시 고출력의 레이져가 요구되어 현재 사용하지 않는다. 현재 가장 널리 사용되는 것은 1973년 IBM의 Chaudhari 등이 발견한 무정형 희토-천이 금속 합금 박막이다.Based on the above conditions, the magneto-optical recording materials that have been researched and developed so far are as follows. First of all, the first magnetic film studied was MnBi. Although Kerr rotation angle is large, the grain size is about 1μm and the noise due to the grain boundary is too high. Next, ferrites and garnets were developed, which are not currently used because they require high power lasers for recording due to their high transmittance at visible wavelengths. The most widely used today is an amorphous rare earth-transition metal alloy thin film discovered by Chaudhari et al in IBM in 1973.
이 재질은 희토 원소와 천이 금속 원소의 sublattice magnetization 방향이 서로 반대 방향으로 coupling된 antiferrimagnetic 시스템이다. 일반적으로 합금의 조성은 상온에서 두 sublattice에 의한 magentization의 합이 0인 조성보다 1∼2% 낮은 조성을 선택함으로써 상온에서 높은 coertcivity를 갖는 조성을 택한다. 이러한 재질로는 80년대 초반에 많이 연구 개발되었던 TbFe 시스템이 있다. Tb가 22% 조성된 것을 광자기 기록용으로 주로 사용하였다. 한편, TbFe 시스쳄에 Co를 도핑한면 큐리 온도가 올라가서 기록 감도는 약간 줄어들지만 Kerr 회전각이 커져 신호를 높일수 있었다. 따라서, 1세대 광자기 디스크 재질로는 거의 TbFeCo를 사용하고 있다.This material is an antiferrimagnetic system in which the sublattice magnetization directions of rare earth elements and transition metal elements are coupled in opposite directions. In general, the composition of the alloy is selected to have a high coertcivity at room temperature by selecting a composition that is 1 to 2% lower than the composition of the sum of magentization by the two sublattices at room temperature. One such material is the TbFe system, which was heavily researched and developed in the early 80's. The 22% Tb composition was mainly used for magneto-optical recording. On the other hand, when Co was doped into the TbFe system, the Curie temperature was raised to slightly decrease the recording sensitivity, but the Kerr rotation angle was increased to increase the signal. Therefore, TbFeCo is almost used as the first generation magneto-optical disk material.
희토-천이 금속 합금 박막의 경우, 희토 원소의 강한 산화성으로 인하여 재질의 성질이 쉽게 변하는 단점을 갖고 있다. 따라서, 희토-천이 합금 박막의 산화 방지를 목적으로 AlN,Si3N4등의 보호막을 필수적으로 사용하고 있다. 또한, 단파장 영역(400-500nm)에서는 Kerr효과가 감소하기 때문에 집적 용량을 증가 시키기 위해 푸른색 레이져를 사용하는 시스템에서는 신호 세기가 감소하는 문제를 안고 있다.In the case of the rare earth-transition metal alloy thin film, the property of the material is easily changed due to the strong oxidizing property of the rare earth element. Therefore, a protective film such as AlN, Si 3 N 4 is essentially used to prevent oxidation of the rare earth-transition alloy thin film. In addition, since the Kerr effect is reduced in the short wavelength region (400-500 nm), a signal intensity decreases in a system using a blue laser to increase the integrated capacity.
희토-천이 금속 박막의 단점들을 보완하기 위한 광자기 기록 재질이 현재 활발히 연구중에 있다. 가장 각광 받는 재질중 하나가 Co계 초격자 다층박막 시스템이다. 이것은 단원자층 두께 (∼2Å)의 Co와 Co 층간의 magnetic coupling을 차단할 수 있는 다른 물질을 번갈아 증착한 시스템으로 현재 Co/Pd 나 Co/Pt 초격자 다층 박막이 집중적으로 연구되고 있다.Magneto-optical recording materials to address the shortcomings of rare earth-transition metal thin films are currently being actively studied. One of the most popular materials is the Co-based superlattice multilayer film system. This is a system of alternating deposition of other materials that can block the magnetic coupling between Co and Co layers of monoatomic layer thickness (~ 2Å). Currently, Co / Pd or Co / Pt superlattice multilayer thin films have been intensively studied.
지금까지 연구 개발된 광자기 디스크 기록 재질로는 희토-천이 금속 합금 박막 혹은 다층 박막을 대상으로 진행되었다. 그리고, 그중에서 Co/Pd 합금이나 Co/Pt 다층 박막이 우수한 수직자기 이방성, 큰 Kerr 효과 그리고, 강한 내 부석성으로 차세대 고밀도 광자기 저장 매체로서 주목을 받고 있다.The magneto-optical disk recording materials that have been researched and developed so far have been applied to rare earth-transition metal alloy thin films or multilayer thin films. Among them, Co / Pd alloys and Co / Pt multilayer thin films are attracting attention as next-generation high-density magneto-optical storage media due to their excellent perpendicular magnetic anisotropy, large Kerr effect, and strong pumice resistance.
그러나, Co/Pt 합금의 경우 높은 order-disorder 전이 온도와 큐리온도로 인하여 제조에 많은 제한이 있다. 또한, 앞에서도 언급했듯이 고밀도 저장 매체로 사용하기에는 부적합하다. 또한, 200Å 정도의 Pt 기저층위에 Co/Pt 합금을 형성하여야 원하는 성질을 얻을 수 있다.However, Co / Pt alloys have many limitations due to high order-disorder transition temperature and Curie temperature. Also, as mentioned earlier, it is not suitable for use as a high density storage medium. In addition, Co / Pt alloy should be formed on the Pt base layer of about 200 GPa to obtain desired properties.
그리고, Co/Pt 다층 박막에서는 광자기 특성과 직접 관계되는 수직자기 이방성과 Kerr 효과는 Co 박막의 구께가 수 원자층이하로 엄격히 제어될 때 얻을 수 있다. 즉, Co 원자가 뭉치게되면 수직자기 이방성이 수평 자기 이방성으로 전환되는데, 이것을 방지하기 위해서 Co의 박막 두께가 정확히 제어되어야 한다. 따라서, Co/Pt 다층 박막 제조 방법 역시 생산적인 면에서의 실용화에 해결해야할 문제가 많이있다.In the Co / Pt multilayer thin film, the perpendicular magnetic anisotropy and Kerr effect directly related to the magneto-optical properties can be obtained when the thickness of the Co thin film is strictly controlled to be less than several atomic layers. In other words, when the Co atoms are aggregated, the perpendicular magnetic anisotropy is converted into horizontal magnetic anisotropy. In order to prevent this, the thickness of the thin film of Co must be accurately controlled. Therefore, Co / Pt multilayer thin film manufacturing method also has a lot of problems to be solved in practical use in terms of productivity.
본 발명의 목적은 광자기 특성이 우수한 광자기 기록 매체 및 그 기록 매체를 제조하는 방법을 제공하는데 있다. 본 발명의 다른 목적은 광자기 특성이 우수한 희토-천이 금속 혼합 박막 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide a magneto-optical recording medium excellent in magneto-optical properties and a method of manufacturing the recording medium. Another object of the present invention is to provide a rare earth-transition metal mixed thin film having excellent magneto-optical properties and a method of manufacturing the same.
도 1은 본 발명에 의한 준안정성 CoPt 합금을 제조하는 방법을 나타내는 개략도이다.1 is a schematic view showing a method for producing a metastable CoPt alloy according to the present invention.
도 2는 본 발명에 의한 준안정성 CoPt3합금을 제조하는 방법을 나타내는 개략도이다.2 is a schematic view showing a method of manufacturing a metastable CoPt 3 alloy according to the present invention.
도 3은 본 발명에 의한 준안정성 CoPt 합금이 갖고있는 자성 특성을 나타내는 그래프이다.3 is a graph showing the magnetic properties of the metastable CoPt alloy according to the present invention.
도 4는 본 발명에 의한 준안정성 CoPt3합금이 갖고있는 자성 특성을 나타내는 그래프이다.4 is a graph showing the magnetic properties of the metastable CoPt 3 alloy according to the present invention.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Description of the reference numerals for the main parts of the drawings>
101 : 진공 챔버 111 : 기판101: vacuum chamber 111: substrate
121 : Co 박막층 131 : Pt 박막층121: Co thin film layer 131: Pt thin film layer
141 : 불활성 가스 이온선 151 : 외부 자장141: inert gas ion ray 151: external magnetic field
161 : Co/Pt 다층 박막 171 : 준안정성 합금161: Co / Pt multilayer thin film 171: metastable alloy
이와같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에서는 Pt나 Pd와 같은 희토류 물질과 Co나 Fe와 같은 천이금속 물질을 비슷한 두께 비율로 한쌍 혹은 여러쌍을 증착시키는 단계와, Ar, Xe 혹은 Kr과 같은 불활성 기체 이온을 상기 증착된 박막 층에 조사하여 준안정성(meta stable) 상태의 합금 박막을 형성하는 단계를 포함한다. 또한, 본 발명에서는 희토류 물질과 천이금속 물질이 서로 준안정성 상태로된 광자기 특성을 갖는 박막 합금속을 포함한다.In order to achieve the above object, the present invention comprises the steps of depositing a pair or several pairs of rare earth materials such as Pt and Pd and transition metal materials such as Co and Fe in a similar thickness ratio, and an inert gas such as Ar, Xe or Kr. Irradiating ions to the deposited thin film layer to form an alloy thin film in a meta stable state. In addition, the present invention includes a thin-film alloy bundle having a magneto-magnetic property in which the rare earth material and the transition metal material are metastable to each other.
이하 본 발명의 이해를 돕기 위해 구체적인 실시 예를 이용하여 자세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to specific embodiments.
실시 예 1Example 1
본 실시 예에서는 도 1a 및 1b를 참조로 본 발명에서 광자기 특성을 갖는 준안정성 CoPt 합금을 제조하는 방법에 대하여 설명한다.In the present embodiment, a method of manufacturing a metastable CoPt alloy having magneto-optical properties in the present invention will be described with reference to FIGS. 1A and 1B.
진공도가 약 8x10-7torr 정도인 진공 챔버(101) 안에서 SiO2기판(111) 위에 Pt층(131)과 Co층(121)을 교대로 모두 8층개 증착하였다. 이 때, Pt와 Co의 두께는 각각 80Å 로 조정하여 모두 640Å의 두께를 갖는 Co/Pt 다층 막막(161)을 형성하였다(도 1a).Eight layers of the Pt layer 131 and the Co layer 121 were alternately deposited on the SiO 2 substrate 111 in the vacuum chamber 101 having a vacuum degree of about 8 × 10 −7 torr. At this time, the thicknesses of Pt and Co were adjusted to 80 kPa, respectively, thereby forming a Co / Pt multilayer film 161 having a thickness of 640 kPa (FIG. 1A).
그리고, 상기 Co/Pt 다층 박막(161)의 표면에 수직으로 Ar, Xe 혹은 Kr과 같은 불활성 기체를 포함하는 이온선(141)을 입사시켜 상기 다층 박막(161)을 상기 불활성 기체 이온선(141)으로 혼합하였다. 본 실시 예에서는 진공 챔버(101) 내에 설치된 이온 발생기(140)에서 Ar을 포함하는 이온선(141)을 조사하였다. 그 결과, 상기 Co/Pt 다층 박막(161)은 준안정성 CoPt 합금(171)으로 형성되었다(도 1b).In addition, an ion beam 141 including an inert gas such as Ar, Xe, or Kr is incident on the surface of the Co / Pt multilayer thin film 161 so that the multilayer thin film 161 is in the inert gas ion beam 141. ). In the present embodiment, the ion beam 140 including Ar is irradiated from the ion generator 140 installed in the vacuum chamber 101. As a result, the Co / Pt multilayer thin film 161 was formed of a metastable CoPt alloy 171 (FIG. 1B).
그리고, 더 우수한 수직자기 이방성을 얻기 위하여 영구자석(150)을 이용하여 상기 Co/Pt 다층 박막(161)의 표면에 수직 방향으로(즉, Ar 이온선의 입사 방향과 평행으로) 외부 자장(151)을 인가하면서 Ar 이온선(141)을 입사시켰다. 외부 자장을 다층 박막에 수직으로 인가하기 위한 여러 방법 중, 가운데 구멍이 뚫린 원판형태의 영구자석(150)을 사용하고 그 구멍으로 Ar 이온선(141)이 통과하도록 하는 것이 바람직하다(도 1a).In addition, the external magnetic field 151 in a direction perpendicular to the surface of the Co / Pt multilayer thin film 161 (that is, parallel to the direction of incidence of the Ar ion beam) using the permanent magnet 150 to obtain better vertical magnetic anisotropy. Ar ion beam 141 was made to enter while being applied. Among various methods for vertically applying an external magnetic field to the multilayer thin film, it is preferable to use a permanent magnet 150 in the form of a disk with a central hole and to allow the Ar ion beam 141 to pass through the hole (FIG. 1A). .
실시 예 2Example 2
본 실시 예에서는 도 2a 및 2b를 참조로 본 발명에서 광자기 특성을 갖는 준안정성 CoPt3합금을 제조하는 방법에 대하여 설명한다.In the present embodiment, a method of manufacturing a metastable CoPt 3 alloy having magneto-optical properties will be described with reference to FIGS. 2A and 2B.
진공도가 약 8x10-7torr 정도인 진공 챔버(101) 안에서 SiO2기판(111) 위에 Pt층(131)과 Co층(121)을 교대로 모두 8층개 증착하였다. 이 때, Pt와 Co의 두께는 각각 130Å 과 40Å으로 조정하여 모두 680Å의 두께를 갖는 Co/Pt 다층 막막(161)을 형성하였다(도 2a).Eight layers of the Pt layer 131 and the Co layer 121 were alternately deposited on the SiO 2 substrate 111 in the vacuum chamber 101 having a vacuum degree of about 8 × 10 −7 torr. At this time, the thicknesses of Pt and Co were adjusted to 130 kPa and 40 kPa, respectively, to form a Co / Pt multilayer film 161 having a thickness of 680 kPa (FIG. 2A).
그리고, 상기 Co/Pt 다층 박막(161)의 표면에 수직으로 Ar, Xe 혹은 Kr과 같은 불활성 기체를 포함하는 이온선(141)을 입사시켜 상기 다층 박막(161)을 상기 불활성 기체 이온선(141)으로 혼합하였다. 본 실시 예에서는 진공 챔버(101) 내에 설치된 이온 발생기(140)에서 Ar을 포함하는 이온선(141)을 조사하였다. 그 결과, 상기 Co/Pt 다층 박막(161)은 준안정성 CoPt3합금(171)으로 형성되었다(도 2b).In addition, an ion beam 141 including an inert gas such as Ar, Xe, or Kr is incident on the surface of the Co / Pt multilayer thin film 161 so that the multilayer thin film 161 is in the inert gas ion beam 141. ). In the present embodiment, the ion beam 140 including Ar is irradiated from the ion generator 140 installed in the vacuum chamber 101. As a result, the Co / Pt multilayer thin film 161 was formed of a metastable CoPt 3 alloy 171 (FIG. 2B).
그리고, 더 우수한 수직자기 이방성을 얻기 위하여 영구자석(150)을 이용하여 상기 Co/Pt 다층 박막(161)의 표면에 수직 방향으로(즉, Ar 이온선의 입사 방향과 평행으로) 외부 자장(151)을 인가하면서 Ar 이온선(141)을 입사시켰다. 외부 자장을 다층 박막에 수직으로 인가하기 위한 여러 방법 중, 가운데 구멍이 뚫린 원판형태의 영구자석(150)을 사용하고 그 구멍으로 Ar 이온선(141)이 통과하도록 하는 것이 바람직하다(도 2a).In addition, the external magnetic field 151 in a direction perpendicular to the surface of the Co / Pt multilayer thin film 161 (that is, parallel to the direction of incidence of the Ar ion beam) using the permanent magnet 150 to obtain better vertical magnetic anisotropy. Ar ion beam 141 was made to enter while being applied. Among various methods for vertically applying an external magnetic field to the multilayer thin film, it is preferable to use a permanent magnet 150 in the form of a disk with a central hole and allow the Ar ion beam 141 to pass through the hole (FIG. 2A). .
도 3과 도 4는 각각 본 발명에 의한 준안정성 CoPt 합금과 CoPt3합금에 있어서 광원의 파장에 따른 θk측정 결과를 나타내는 그래프이다. 광자기성 물질이 광자기 매체등에 사용될 수 있는 산업화가 가능하려면, θk값은 0.2이상이 되어야 한다. 그러나, A는 처음에 Co/Pt가 각각 증착된 다층 박막 상태에서 측정한 것으로 θk가 매우 작게 나타나 있다. 이는 Co의 두께가 너무 커서 수직자기 이방성을 나타내지 못하기 때문이다. B는 상온에서 이온선 혼합하여 생성된 준안정성 합금에 대한 것이고, C는 외부자장을 기판에 대하여 수직으로 인가하면서 상온에서 이온선 혼합하여 생성된 준안정성 합금에 대한 것이며, D는 외부 자장을 인가하면서 250℃에서 이온선 혼합하여 생성된 준안정성 합금에 대하여 측정한 것이다. 본 발명에서 제공한 제조 방법인 이온선 혼합에 의한 자성 박막에서는 가시광선 거의 모든 영역에서 θk값이 모두 크게 나타났다. 이 값들은 종래의 방법에 의해 형성된 CoPt 다층 박막이나 CoPt 합금의 값들과 비슷하거나 4000Å 근처의 파장에서는 더 큰값을 나타내고 있다. 외부에 자장을 인가하면서 이온선 혼합한 경우 준안정성 CoPt 합금의 경우에서는 외부 자장을 인가하지 않았을 때와 별다른 차이를 보이고 있지 않으나, CoPt3의 경우에 있어서는 외부에 자장을 인가하였을 때 θk가 크게 증가함을 나타내고 있다. 그리고, 상온에서 제조한 것이 고온에서 제조한 것보다 θk값이 크게 나타나 종래의 열처리 기법에서 처럼 고온 상태가 아니더라도 더 특성이 좋은 자성 박막을 제조할 수 있었다.3 and 4 are graphs showing θ k measurement results according to wavelengths of light sources in the metastable CoPt alloy and CoPt 3 alloy according to the present invention, respectively. In order to be industrialized that a magneto-optical material can be used in a magneto-optical medium or the like, the θ k value must be 0.2 or more. However, A was originally measured in the state of a multilayer thin film in which Co / Pt was deposited, respectively, and θ k is very small. This is because the thickness of Co is too large to show vertical magnetic anisotropy. B is for a metastable alloy produced by mixing ion beams at room temperature, C is for a metastable alloy produced by mixing ion beams at room temperature while applying an external magnetic field perpendicular to the substrate, and D is applied with an external magnetic field. While measuring the metastable alloy produced by mixing the ion beam at 250 ℃. In the magnetic thin film by ion beam mixing, which is a manufacturing method provided by the present invention, θ k values were large in almost all visible light. These values are similar to those of CoPt multilayer films or CoPt alloys formed by conventional methods, or larger at wavelengths around 4000 kHz. In the case of ion-stable mixing with magnetic field applied to the outside, the metastable CoPt alloy does not show any difference from the case where no external magnetic field is applied. However, in the case of CoPt3, θ k is greatly increased when the magnetic field is applied to the outside. It is shown. In addition, the θ k value is greater than that produced at room temperature than that produced at high temperature, and thus, a magnetic thin film having better characteristics may be manufactured even if the temperature is not high as in the conventional heat treatment technique.
본 발명의 실시 예에서는 이온선 혼합법을 사용하여 Co와 Pt 다층 박막을 준안정성 합금으로 제작하는 방법을 중심으로 설명하였다. 이것은 현재 광자성 특징을 갖는 물질중 가장 특성이 우수한 물질인 Co1-xPtx를 중심으로 설명한 것이고, 필요에 따라서 희토류 물질로는 Pt, Pd 혹은 Tb를 사용할 수도 있으며, 천이 금속 물질로는 Co나 Fe 혹은 둘 모두를 사용할 수도 있다.In the embodiment of the present invention, a method of fabricating Co and Pt multilayer thin films using the ion beam mixing method as a metastable alloy was described. This is based on Co 1-x Pt x , which is the most excellent material among the materials with photonic characteristics. Pt, Pd or Tb may be used as the rare earth material, and Co may be used as the transition metal material. You can use Fe or both.
본 발명은 광자기 특성을 갖는 박막 물질 및 그 제조 방법에 관련된 것으로 Co/Pt를 일정 비율의 두께로 증착하고, 불활성 기체의 이온선으로 혼합하여 준안정성 CoPt합금을 형성하였다. 그리고, 수직 자기 이방성을 더욱 확고히 하기 위해 수직 방향으로 자장을 인가하였다. 본 발명에 의한 광자기 박막은 제조할 때 외부 자장을 인가함으로써, 수직 자기 이방성이 뛰어난 광자기 특성을 보유하는 효과를 얻을 수 있었다. 또한, 본 발명에 의한 광자기 박막 물질 제조 방법은 종래에 열처법이나 그외의 다른 방법에 비하여 훨씬 간단하고, 합금물질 구성비에 따른 박막 형성도 용이하여 제조에 따른 모든 비용을 절감하는 효과를 얻을 수 있다.The present invention relates to a thin film material having a magneto-optical property and a method of manufacturing the same. Co / Pt was deposited at a predetermined thickness, and mixed with an ion beam of an inert gas to form a metastable CoPt alloy. In order to further strengthen the perpendicular magnetic anisotropy, a magnetic field was applied in the vertical direction. The magneto-optical thin film according to the present invention has an effect of retaining the magneto-optical properties excellent in the perpendicular magnetic anisotropy by applying an external magnetic field during manufacture. In addition, the method of manufacturing the magneto-optical thin film material according to the present invention is much simpler than the conventional heat treatment method or other methods, and it is easy to form a thin film according to the alloy material composition ratio, thereby reducing the cost of manufacturing. have.
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