KR940008648B1

KR940008648B1 - 광자기 디스크 메디아 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR940008648B1
Application number: KR1019900009395A
Authority: KR
Inventors: 신세균
Original assignee: 삼성전자 주식회사; 정용문
Priority date: 1990-06-25
Filing date: 1990-06-25
Publication date: 1994-09-24
Also published as: KR920001457A

Abstract

내용 없음.

Description

광자기 디스크 메디아 및 그 제조방법

제1도 (a)는 종래 기술의 광자기 디스크의 단면도.

(b)는 본 발명의 광자기 디스크의 단면도이고,

제2도 (a)는 본 발명의 광자기 디스크를 제조하기 위한 장치의 개략적인 정면도.

(b)는 본 발명의 광자기 디스크를 제조하기 위한 장치의 개략적인 평면도.

(c)는 본 발명의 광자기 디스크중 기록층을 제조하기 위한 타켓의 구성도이고,

제3도 (a)는 여러가지 기록막에 있어서 보자력 경시변화를 나타낸 그래프.

(b)는 보호막/기록막/보호막으로 구성된 3층막에 있어서 보자력 경시변화를 나타낸 그래프이고,

제4도는 본 발명 디스크의 CN비(반송파대 잡음비)의 경시변화를 나타낸 그래프이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1,7 : 디스크 기판 2 : 보호막

3 : 기록막 4 : 다층기록막

5 : Ti금속막 6 : 기판지지대

8 : 샤터 9 : 캐소드(cathode)

10 : 오염방지차단판

본 발명은 레이저 광에 의한 정보의 기록, 재생, 소거를 행하는 재기록 가능형 광자기 디스크의 제조에 있어서 효과적인 광자기 디스크 메디아 및 이를 이용한 광자기 디스크의 제조방법에 관한 것으로, 좀더 구체적으로는 희토류 천이 금속계의 비정질 합금 박막으로서 Zr이 2∼8at% 함유된 TbFeCo 합금 박막을 사용하고 TbFeCoZr 합금 박막양면에 Ti금속막을 적층시킨 광자기 디스크의 제조방법에 관한 것이다.

막면과 수직한 방향에 자화용이축이 있는 자성박막에서는 막면내에 같은 자화극성과 액방향의 지구를 갖는 반전자구를 만들 수 있으며, 이 반전자구의 유무가 "1" 또는 "0"으로 대응되면 이것을 이용하여 고밀도의 기록매체로 이용할 수 있다.

막면과 수직한 방향에 자화용이축을 갖는 자성박막으로는 MnBi로 대표되는 다결정 금속 박막, GIG로 대표되는 화합물 단결정 박막, 희토류 천이 금속계의 비정질 합금 박막이 있으며, 특히 희토류 천이 금속계의 비정질 합금 박막은 실온에서 큰 보자력을 갖고 큐리점(Tc) 또는 자지보상온도(Tcomp)가 높지 않기 때문에 광비임(laser beam)장치로 Tc, Tcomp를 이용하여 임의 위치에 반전자구를 만듬으로서 정보의 기록소거가 가능할 뿐만 아니라 광기록이 가지는 높은 기록밀도로 인하여 정보화 사회에서 요구되는 고용량의 기록 매체에 광범위하게 활용할 수 있다.

그러나, 막면과 수직한 방향에 자화용이축을 갖는 자성 박막으로 사용되는 MnBi계의 다결정 금속 박막은 상온에서 수 KOe(보자력단위)의 큰 보자력(Hc)을 갖기 때문에 자기기록 매체로는 우수하지만 큐리점이 높기(Tc=360℃)때문에 기록시 큰 에너지가 필요한 단점이 있을 뿐만 아니라 다결정체이므로 화학량론적인 조성의 박막을 제조함에 있어서 제조상의 기술적 어려움이 있으며 입계노이즈가 커서 실용화가 어려운 단점이 있다. 또한, GIG계의 화합물 단결정 박막은 단결정으로 제조함에 있어서의 복잡성과 제조비용이 과다하게 소요되는 단점이 있다.

희토류-천이금속계의 비정질 합금 박막은 수직자화박막으로의 제조가 용이하고 상온에서 수 KOe의 큰보자력을 가지고 있으며, 결정립계가 없어 입계노이즈가 발생하지 않는 장점을 가지고 있으나, 희토류 원소가 산소와의 친화력이 커서 쉽게 산화되기 때문에 매체에 공기 또는 수분이 직접 접촉하지 않도록 SiO, SiO₂, Al₂O₃, MgO, ZnO₂등의 산화물, AlN, Si₃N₄, SiAlN, ZrN, TiN, CrN등의 질화물, ZnS, CdS, CaS, MgS등의 황화물, SiC등의 탄화물과 같은 물질로 보호막을 입히고 있으나 장기 사용시 보호막이 불완전하게 되어 거의 대부분 산소가 침투하여 기록막의 표면산화 및 선택적 산화를 일으키고, 이로 인하여 보자력이 저하하는등 기록막을 열화시키는 단점이 있다.

그러므로, 희트류 천이 금속계의 비정질 합금박막은 보호막으로 산화를 방지하여 반영구적인 기록매체의 제조가 불가능하므로 기록막의 광자기 특성을 유지하고 기록매체의 내산화성을 개선시킬 수 있는 타원소의 첨가나 적층형의 다층기록층구조, 금속층을 제조하여 신뢰성을 향상시킬 필요성이 대두되었다.

따라서, 본 발명은 지르코늄(Zr)을 다층으로 형성시키고 또한 티타늄(Ti)을 적층시킴으로서 종래의 희토류 천이금속계의 비정질 합금박막으로부터 대두되는 단점을 해결한 광자기 디스크 메디아 및 이를 이용한 광자기 디스크의 제조방법에 관한 것이다.

희토류-천이 금속계의 비정질 자성기록매체는 막판과 수직한 방향에 1측성 자기이방성을 갖고 있으며 대표적인 합금계는 테르붐(Ti)과 철(Fe)의 비정질 합금박막이다.

그러나, 일본공개특허 소 58-73746호에는 TbFe 합금에 Co를 첨가한 TbFeCo 합금계가 광자기 기록매체로서 우수한 특성을 가지는 것으로 기재되어 있다. 즉, TbFe 합금에 Co를 첨가하면 Hc와 Tcomp가 Co의 조성에 크게 좌우되는 바, Tb₂₂Fe₇₈(원자비율)의 합금박막에서는 Hc가 2.2KOe, Tc가 120℃인 반면에 Co를 2at% 첨가(Tb₂₂Fe₇₆Co₂)하면 Hc가 4.5KOe, Tc가 135℃, Co를 8at%첨가 (Tb₂₂Fe₇₀Co₈)하면 Hc가 5KOe, Tc가 150℃ 정도가 되어 광기록 매체로서 효과적임을 알 수 있었다.

그러나, 본 발명자등은 TbFeCo 합금이 산화가 잘되므로 TbFeCo 합금에 Zr을 2∼8at% 첨가하면 산화에 강한 합금박막을 제조할 수 있고 기록막 양측에 Ti막을 형성시키는 경우 CN비가 높아지고 산소의 침투가 완전히 억제됨을 발견하여 본 발명을 완성하였다.

즉, TbFeCo 합금과 이 합금을 Zr을 2∼8at% 첨가한 TbFeCoZr 합금을 벌크형태로 1몰의 NaCl 용액에 1~5분동안 침적시킨 다음 광학현미경으로 관찰한 결과, TbFeCo 합금은 1분동안의 침적에서 핑팅(pitting)이 나타나기 시작하여 3분후에는 심한 피팅현상을 나타낸 반면, TbFeCoZr 합금은 3분동안의 침적에서 피팅이 거의 나타나지 않았으며 5분 동안의 침적시험에서 약간의 피팅현상을 나타냈다. 이러한 현상은 Zr이 강한 내식원소로 작용한 결과임을 알 수 있었다.

한편, 마그네트론 스파터링(Sputtering) 방법에 의해 TbFe, TbFeCo, TbFeCoZr의 합금 타겟을 유리기판상에 박막으로 제조한 후 75℃, 85% 상대습도(Rh; relative humidity) 분위기에서 경시 변화에 대한 보자력을 측정하여 산소침투에 의한 기록막의 열화현상을 검토한 결과, 초기치는 큰 차이가 없으나 시간이 지남에 따라 TbFe, TbFeCo, TbFeCoZr 박막 순으로 보자력의 감소율이 크게 나타났다.

또한, TbFeCoZr의 경우 Zr을 TbFeCo 합금과 적층으로 다층박막을 형성한 것(TbFeCo/Zr)이 TbFeCoZr 합금 박막보다 시간경과에 따른 보자력의 감소율이 더 작게 나타났다.

한편, 본 발명에서의 박막의 제조는 진공증착법이나 스파터링 방법으로 제조할 수 있으나 통상적으로 본 발명의 박막과 같은 수직자화 박막의 제조에는 스파터링 방법이 실용적인 측면에서 널리 사용되고 있다.

종래의 광자기 디스크는 제1도 (a)에 도시된 바와 같이 기판(1), 보호막(2), 기록막(3), 보호막(2)의 구조를 나타내고 있으며 본 발명의 적층기록막은 Zr과 TbFeCo 합금을 적층시킨 다층기록막(4)를 가지고 있고 다층기록막의 산화 방지를 위하여 2∼5Å의 Ti금속막(5)을 피복시킨 것으로 기판(1)/보호막(2)/Ti금속막(5)/다층기록막(4)/Ti금속막(5)/보호막(2)의 구조를 가짐을 제1도 (b)로부터 알 수 있다.

본 발명의 박막을 제조하기 위한 스파터링 장치는 최대 20rpm으로 회전 가능한 기판지지대(6), 지름 130mm의 PC(폴리카보네이트)기판(7), 외부에서 개폐조정이 가능한 샤터(8), 합금(TbFeCo, TbFeCo/Zr) 타켓, Ti타켓, Si타켓이 장착가능한 3개의 캐소드 (9, cathode), 오염방지차단판(10)으로 구성되어 있으며, 증착시킬 금속을 음극위에 두고 희박한 불활성 가스 중에서 방전을 일으키면 양이온 충격에 의하여 증착금속의 증기가 방출되어 기판위에 부착되도록 하는 통상의 스파터링 방법을 사용하여 순차적으로 파우더를 조절하고 샤터(8) 개폐를 행하여 본 발명의 광자기 디스크를 제조할 수 있다. 합금타켓은 TbFeCo 합금(11)과 Zr(12)의 모자이크 타켓을 사용한다.

다음의 실시예는 본 발명을 좀더 구체적으로 설명하는 것이지만, 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

[실시예 1]

제2도에 도시된 스파터링 장치를 사용하여 Tb₂₂Fe, Tb₂₂FeCo₁₀, Tb₂₂FeCo₁₀Zr₅(원자비율)의 조성을 갖는 2인치 타켓으로 25×75mm의 글래스 기판위에 800∼1000Å정도의 두께로 박막을 각각 제조하였다. 박막제조 조건은 초기진공도를 1.5×10^-6torr, Ar 압력은 3m torr, Ar 가스유량은 50SCCM, DC 파우어는 1Kw, 타켓과 기판과의 거리는 64mm로 하였다.

기록막의 보자력 측정은 기록막 층에 레이저 비임을 주사하는 커루프트레이서(Kerr loop tracer)를 이용하였으며, 기록막의 보자력은 시편 제조직후의 보자력 Hco에 대하여 75℃, 85% 상대습도의 항온항습조에서 재막형성 시판을 유지시킨 다음 측정한 보자력 Hc의 비율로 나타내었다. 제3도 (a)로 부터 알 수 있는 바와같이, 보자력의 경시변화는 TbFe(13), TbFeCo(14)에 비하여 Zr을 함유한 TbFeCoZr(15)이 감소율이 적었으며, 이로부터 Zr은 내산화성을 향상시키는 원소임을 알 수 있었다.

[실시예 2]

기판을 반드시 회전시키는 것을 제외하고는 실시예 1의 기록막 제조조건과 동일한 조건하에서 동일한 방법을 사용하여 TbFeCo/Zr(16)의 다층막을 제조하였다. 즉, 기판을 6rpm으로 회전시켜 Zr의 층을 20∼30층, Zr의 함유량을 2∼8%로 하였다.

그리고, Zr의 층수는 기판의 회전수, Zr의 함유량은 제2도 (c)에 도시된 바와같은 합금타켓에서 Zr이 차지하는 면적비를 변화시키므로서 조절이 가능하다.

Zr막의 두께를 1∼4Å정도로 TbFeCo/Zr의 다층막을 형성한 경우 TbFeCoZr 합금막에 비하여 보자력이나 광자기 특성인 커앵글(θk) 값의 차이는 없었다.

제조된 시편의 보자력 측정은 실시예 1에 기재된 방법과 동일한 방법으로 측정하였으며, 측정결과 제3도(a)에 도시된 바와같이 TbFeCo/Zr(16) 적층 박막이 TbFeCoZr(15) 합금 박막보다 경시변화에 따른 내산화성이 우수함을 알 수 있었다.

더욱 바람직한 TbFeCo/Zr 적층 박막은 기록막의 두께가 800Å, 모아지크타켓의 Zr 면적비율이 1/16, Zr의 두께가 2Å, Zr의 함유량이 6.2at%, Zr의 층수가 24층인 박막이다.

[실시예 3]

실시예 1 및 실시예 2에 기재된 기록막의 제조방법과 동일한 방법으로 유리기판상에 보호막/기록막/보호막의 구조를 갖는 3층막을 형성시켰다.

Ar가스와 N₂가스의 혼합가스분위기에서 기록막의 제조조건과 동일한 조건으로 Si타켓을 스퍼터링시켜 Si₃N₄막을 제조하여 보호막으로 하였다. 혼합가스의 비율은 Ar : N₂= 50 : 50으로 하였고 Si₃N₄막의 굴절을 n은 2로 하였으며 두께는 800Å로 하였다.

경시변화에 따른 보자력 측정은 실시예 1과 동일한 방법으로 행하였으며, 측정 결과 제3도 (b)에 도시된 바와같이 TbFeCo(17), TbFeCoZr(18), TbFeCo/Zr(19) 순으로 보자력 감소 현상이 적었다.

[실시예 4]

지름이 130mm인 PC기판위에 실시예 3과 동일한 방법으로 3층막을 형성시킨 다음, 75℃, 85% RH 항온항습조에서 가속시험을 행한 CN비(Carrier to noise ratio)의 경시변화를 조사한 결과 제4도에 도시된 바와같이 TbFeCo(20), TbFeCoZr(21), TbFeCo/Zr (22) 순으로 CN비(반송파대 잡음비) 감소 현상이 적게 나타났다.

제4도의 그래프에서 세로축은 박막제조직후의 최초 CN값을 0으로 하고 CN비의 감소변화를 나타낸 것이다.

[실시예 5]

실시예 4와 동일한 방법으로 기록막(TbFeCo/Zr)과 보호막(Si₃N₄)사이에 제1도 (b)와 같이 Ti금속막(5)을 2∼5Å의 두께로 형성시켜 기록막에 산소가 침투하는 것을 방지하는 금속막을 제조하였다.

기판측의 Ti금속막(5)은 레이저 비임의 투과가 가능하도록 2∼5Å정도의 얇은 박막으로 제조되어야 하지만 반대편의 Ti금속막(5')은 산소침투만을 억제시키면 되므로 5Å 이상이 되어도 가능하다.

환경시험결과 Ti금속막을 기록막 양쪽에 형성시킨 Ti/다층막/Ti구조의 디스크(23)가 Ti금속막이 없는 다층막 구조의 디스크보다 CN비의 경시변화가 적음을 제4도로 부터 알 수 있다.

한편, Ti금속막은 열전도도가 0.24cal/cm.℃.S로 낮기 때문에 레이저 비임의 히트 씽크 역할을 하여 기록 감도를 향상시켜주는 잇점을 가지고 있으며, 기록막의 두께를 300∼400Å으로 하는 경우 기판 반대편의 Ti막(5')은 기록막을 투과한 레이저 비임을 반사시켜 주는 역할을 하기 때문에 CN비가 증가된다. 이때 반대편 Ti막(5')은 보호막 다음 즉, 기판/보호막/Ti막/기록막/보호막/Ti막의 순서로 적층하는 것이 효과적이다. 이와같이 각층을 제조한 디스크는 종래의 디스크보다 θk가 0.2°정도, CN비가 3∼5dB 정도 향상 되었다.

상술한 바와같이 Zr을 적층시킨 본 발명의 TbFeCo/Zr 다층막은 종래의 TbFeCo막과 TbFeCoZr막보다 신뢰성이 우수할 뿐만 아니라 TbFeCo/Zr막 양측에 Ti막을 형성시키면 산소침투를 거의 완전하게 억제할수 있으므로 반영구적인 광자기 디스크 메디아의 제조가 가능하다.

Claims

TbFeCo합금에 Zr을 2∼8at% 함유시킴을 특징으로 하는 기록소거가 가능한 희토류 천이 금속계의 광자기 디스크 메디아.
디스크기판을 회전시키면서 모자이크 타켓의 면적비를 조절하여 Zr의 함유량을 2∼8at%로 하여 Zr과 TbFeCo 합금막을 적층시켜 제조함을 특징으로 하는 광자기 디스크 기록막의 제조방법.
TbFeCo 합금과 Zr을 적층시켜 다층기록박막을 제조한 다음, 양면에 Ti금속막을 적층시켜 기록막의 내산화성을 증가시킴을 특징으로 하는 광자기 디스크의 제조방법.