NL192409C

NL192409C - Magnetische registratiedrager met een dunne film van ferromagnetisch metaal op een niet-magnetisch substraat.

Info

Publication number: NL192409C
Application number: NL8500085A
Authority: NL
Original assignee: Sony Corp
Priority date: 1984-01-20
Filing date: 1985-01-15
Publication date: 1997-07-04
Also published as: FR2558631A1; GB2153851A; NL8500085A; KR920008414B1; JPH0475577B2; GB2153851B; JPS60154323A; FR2558631B1; NL192409B; GB8501273D0; DE3501561C2; DE3501561A1; KR850005665A

Description

1 192409

Magnetische reglstratledrager met een dunne film van ferromagnetlsch metaal op een niet-magnetlsch substraat

De uitvinding betreft een magnetische registratiedrager met een dunne film van ferromagnetisch metaal op 5 een niet-magnetisch substraat, welke dunne film is gevormd door fysisch opdampen van het ferromagneti-sche metaal op het substraat onder een scherpe hoek ten opzichte van dat substraat, in een geëvacueerde ruimte waarin een voorafbepaalde hoeveelheid zuurstof aanwezig is.

Een magnetische registratiedrager van dit type is bekend uit het Europese octrooi schrift 0 053 811 (A-publicatie).

10 De bekende registratiedragers van dit type worden gewoonlijk gemaakt door een ferromagnetisch metaal, zoals kobalt en nikkel en legeringen daarvan (in een enkel geval ook legeringen met chroom) onder een scherpe hoek in vacuüm op een niet-magnetisch substraat, bijvoorbeeld een band van polyethyleenlteiefta-laat, op te dampen.

De zo verkregen magnetische registratiedrager heeft doorgaans een grote coërdtiefkracht en kan worden 15 gebruikt voor magnetische registraties met grote dichtheid, bijvoorbeeld van videosignalen.

_________Bij de bekende registratiedragers van dit type is het geleverde signaal bij korte golflengten niet altijd sterk_______ genoeg, terwijl de ruis vaak te groot is. Daarom is nog geen magnetische registratiedrager verkregen, die een voldoende grote signaal/ruis-verhouding levert. De uitvinding beoogt hierin te voorzien.

In overeenstemming met de uitvinding is nu gebleken dat een grote signaal/ruis-verhouding kan worden 20 verkregen als de kristallen in de dunne film van ferro-magnetisch metaal aan bepaalde voorwaarden voldoen.

De uitvinding verschaft een magnetische registratiedrager van het in de aanvang genoemde type, welke gekenmerkt is, doordat de dunne film van ferromagnetisch metaal is opgebouwd uit kolomvormige kristallen die een hellende stand ten opzichte van het substraat innemen, waarbij elk kolomvormig kristal deeltjes van 25 ferromagnetisch metaal en oxidedeeltjes van dat feiromagnetische metaal bevat, die willekeurig over de kristallen zijn verdeeld.

In een voorkeursuitvoering, waar de dunne film uit kobalt of kobaltnikkel bestaat en een filmdikte van 30 tot 100 nm heeft, hebben de kolomvormige kristallen een breedte tussen 5 en 10 nm en een lengte tussen 30 en 100 nm en bestaan zij uit ferromagnetische metaaldeeltjes met een korrelgrootte tussen 5 en 10 nm 30 en oxidedeeltjes met een korrelgrootte tussen 3 en 7 nm, welke willekeurig over de lengte en breedte van de kristallen verdeeld zijn.

Aangezien bij de registratiedrager volgens de uitvinding de metaaldeeltjes en de oxidedeeltjes op willekeurige wijze over de kolomvormige kristallen van de dunne ferromagnetische film zijn verdeeld, worden de fijne metaaldeeltjes in deze kolomvormige kristallen als het ware door de oxidedeeltjes gefractioneerd.

35 De korrelafmetingen van de metaaldeeltjes binnen de kristallen blijven daardoor klein, hetgeen zich bij de toepassing van het product vertaalt in een lage mis en een grote signaal/ruis-verhouding.

Opgemerkt wordt dat in het Franse octrooischrift 2.358.722 eveneens gesproken wordt over een opbouw van de dunne ferromagnetische metaalfilm uit kolomvormige of in elk geval cilindervormige kristallen, die een hellende stand ten opzichte van het substraat innemen. In dat geval bestaan de kristallen echter uit een 40 kem van metaal, die met een laagje oxide van het metaal is bedekt.

Voor een nader inzicht in de uitvinding wordt thans verwezen naar de tekening, waarin: figuur 1 een toestel voor het opdampen in vacuüm, dat bij de uitvinding kan worden gebruikt, schematisch weergeeft, en 45 figuur 2 een kolomvormig kristal uit de dunne ferromagnetische film van de registratiedrager volgens de uitvinding eveneens schematisch weergeeft.

Het toestel 1 van figuur 1 heeft een vacuümkamer 2, waarin een vacuümatmosfeer met een voorafbepaalde hoeveelheid zuurstof kan worden gehandhaafd. In de vacuümkamer 2 bevindt zich een metalen trommel 3 50 en ook een niet-magnetisch substraat 4 in handvorm, dat van een toevoerspoel 5 via de trommel 3 naar een opwikkelspoel 6 gaat. Een bron 7 voor het op te dampen ferromagnetische metaal is op enige afstand onder en tegenover de trommel 3 opgesteld en kan met een elektronenbundel worden verhit. Tussen de trommel 3 en de verdampingsbron 7 bevindt zich een afscherm plaat 8, die ervoor zorgt dat het uit de bron 7 verdampte metaal slechts onder een voorafbepaalde scherpe hoek op het niet-magnetische substraat 4 55 wordt afgezet.

In figuur 2 ziet men een kolomvormig kristal 10, waaruit de dunne ferromagnetische film van het verkregen product is opgebouwd. Dit kristal bevat metaaldeeltjes 11 en oxidedeeltjes 12, die willekeurig over 192409 2 de lengte en de breedte van het kristal zijn verdeeld, zodat de metaaldeeltjes als het ware gefractioneerd zijn.

Als ferromagnetisch metaal in de registratiedrager volgens de uitvinding wordt bij voorkeur kobalt, nikkel of een legering daarvan gebruikt. Neemt men een legering van kobalt en nikkel, dan bevat deze bij voorkeur 5 niet meer dan 30 atoom% nikkel.

De uitvinding wordt nader geïllustreerd door de 15 navolgende voorbeelden en vergelijkingsvoorbeelden.

Voorbeeld I

Met behulp van het toestel van figuur 1 werd een kobalt-nikkellegering (80 atoom% Co; 20 atoom% Ni) op 10 een substraat 4 van polyethyleentereftalaat afgezet. Het substraat had een dikte van 10 pm. De druk in de vacuümkamer was 0,013 Pa, verkregen door na evacuatie van de kamer zuurstofgas in te voeren met een snelheid van 100 ml/min. Het opgedampte metaal trof het substraat onder een hoek van 40 tot 90°. Op deze wijze werd een bandvormige magnetische registratiedrager gemaakt met een opgedampte kobalt· nikkelfilm van 100 nm dikte. De magnetische eigenschappen waren als volgt: 15 coërcitiefkracht (Hc) : 65 kA/m _____verzadigingsinductie (Bm)_____: 0.68 T___________________________________

remanente inductie (Br) : 0,49 T

rechthoekigheidsverhouding (Br/Bm) : 0,72.

De zo verkregen magneetband werd in dwarsdoorsnede waargenomen met behulp van een transmissie-20 elektronenmicroscoop. Uit het daarmee verkregen heldere beeld bleek, dat de afgezette magnetische laag uit een aggregaat van fijne kolomvormige kristallen bestond en dat alle kolomvormige kristallen een hoek van 60 tot 65° met het substraat maakten. De breedte van de kolomvormige kristallen was 5 tot 10 nm.

Anderzijds bleek uit het met deze microscoop verkregen donkere beeld dat kobalt-nikkeldeeltjes met afmetingen van 5 tot 10 nm en kobalt-nikkeloxidedeeltjes met afmetingen van 3 tot 7 nm gelijkmatig over elk 25 van de kolomvormige kristallen waren verdeeld.

Dit beeld beantwoordt aan de configuratie van figuur 2, namelijk een kristal 10 met een breedte van 5 tot 10 nm, waarin zich kobalt-nikkeldeeltjes 11 met afmetingen van 5 tot 10 nm en kobalt-nikkel-oxidedeeltjes met afmetingen van 3 tot 7 nm bevinden.

30 Vergelijkingsvoorbeeld 1

Een magneetband werd gemaakt onder dezelfde omstandigheden als in voorbeeld I met dien verstande dat geen zuurstofgas in de vacuümkamer werd gebracht, zodat de druk 0,0013Pa bedroeg en dat de trefhoek van de opgedampte metaaldeeltjes op het substraat 70 tot 90° was. De opgedampte kobalt-nikkelfilm had een dikte van 100 nm terwijl de magneetband de volgende magnetische eigenschappen had: 35 coërcitiefkracht (Hc) : 64 kA/m

verzadigingsinductie (Bm) : 0,69 T

remanente inductie (Br) : 0,628 T

rechthoekigheidsverhouding (Br/Bm) : 0,91.

Bij waarneming van de magnetische film in dwarsdoorsnede met een transmissie-elektronenmicroscoop 40 als in voorbeeld I bleek dat er een ongelijkmatige verdeling van metaaldeeltjes en metaaloxidedeeltjes was ontstaan.

Voorbeeld II

Een magneetband werd gemaakt op dezelfde wijze als in voorbeeld I met als verschil dat nu kobalt (100%) 45 als ferromagnetisch metaal werd gebruikt. De afgezette kobaltfilm had een dikte van 100 nm, en de magnetische eigenschappen van de magneetband waren als volgt: coërcitiefkracht (Hc) : 72 kA/m

verzadigingsinductie (Bm) : 0,73 T

remanente inductie (Br) : 0.53T

50 rechthoekigheidsverhouding (Br/Bm) : 0,73.

Bij waarneming van de dunne ferromagnetische film in dwarsdoorsnede met behulp van een transmissie-elektronenmicroscoop kwamen kolom vormige kristallen van dezelfde opbouw als in figuur 2, dat wil zeggen met een willekeurige verdeling van kobaltdeel^es en kobaltoxidedeeltjes, naar voren. De kobaltdeeltjes 11 hadden afmetingen van 5 tot 10 nm en de kobaltoxidedeeltjes 12 hadden afmetingen van 3 tot 7 nm, terwijl 55 de kolomvormige kristallen een breedte van 5 tot 10 nm hadden.

3 192403

Vergelijkingsvoorbeeld 2

Op dezelfde wijze als in voorbeeld II werd een magneetband gemaaid, met dien verstande dat geen zuurstofgas in de vacuümkamer werd gebracht, zodat de druk daar 0,0013Pa was en dat de trefhoek van de opgedampte deeltjes op het substraat 70 tot 90° bedroeg. De opgedampte film had een dikte van 100 5 nm. De magnetische eigenschappen van de magneetband waren als volgt: coércitiefkracht (Hc) : 72 kA/m

verzadigingsinductie (Bm) : 0,75 T

remanente inductie (Br) : 0,68 T

rechthoekigheidsverhouding (Br/Bm) : 0,91.

10 Bij waarneming van de dunne film met een transmissie-elektronenmicroscoop bleek er geen gelïkmafige verdeling tussen kobaltdeeltjes en kobaltoxidedeeltjes te bestaan.

In de volgende tabel zijn de resultaten van geluidsweergaveproeven met de magneetbanden uit de voorgaande voorbeelden samengevat. Het signaalniveau en het ruisniveau werden gemeten met een spectrumanalysator onder gebruikmaking van een magneetkop van ferriet, met een spleetlengte van 0,2 pm 15 en een relatieve bandsnelheid van 3,8 m/sec. In de tabel vindt men relatieve waarden voor het afgegeven ______signaal (bij een frequentie van 5 MHz) en voor de signaal/ruisverhouding, waarbij de waarden voor de magneetband van vergelijkingsvoorbeeld 1 steeds op 0 dB zijn gesteld.

TABEL

20 -

Afgeefsignaal (5 MHz) Signaal-ruis-verboucfing

Voorbeeldt -1,5 dB +2,0 dB

Voorbeeld II -0,8 dB +3,9 dB

25 Vergelijkingsvoorbeeld 1 0 dB 0 dB

Vergelijkingsvoorbeeld 2 +1,4 dB 40,4 dB

Bij vergelijking van voorbeeld I met vergelijkingsvoorbeeld 1 (beide met een dunne magnetische film van 30 kobalt-nikkel) blijkt de coércitiefkracht Hc in beide gevallen nagenoeg gelijk te zijn, terwijl de waarden voor Br en Br/Bm in het vergelijkingsvoorbeeld 1 groter zijn. Verder blijkt uit de tabel dat het afgegeven signaal bij de band van voorbeeld I zwakker is dan bij de band van vergelijkingsvoorbeeld 1, terwijl de signaatruis-verhouding toch veel groter is, hetgeen op een sterk verminderde ruis wijst.

Waarneming met een transmissie-elektronen-microscoop leerde, dat de fijne kristallen van kobalt-nikket 35 en kobalt-nikkeloxide willekeurig over de kolomvormige kristallen van de dunne magnetische film zijn verdeeld, zoals weergegeven in figuur 2. Daarentegen bestonden de kolomvormige kristallen van de dunne magnetische film uit vergelijkingsvoorbeeld 1 alleen uit fijne kobalt-nikkel kristallen. In voorbeeld I waren de fijne kobalt-nikkelkristallen van het kolomvormige kristal gefractioneerd en tot kleine deeltjes gevormd. Daarentegen waren de fijne kobalt-nikkelkristallen in vergelijkingsvoorbeeld 1 niet door oxidedeeltjes 40 gefractioneerd. Aangezien de fijne kobalt-nikkelkristallen in voorbeeld I kleinere afmetingen hebben dan <fe in vergelijkingsvoorbeeld 1, is de ruis bij elektromagnetische geluidsweergave duidelijk verminderd.

Vergelijkt men voorbeeld II met vergelijkingsvoorbeeld 2 (beide met een dunne magnetische film van kobalt) dan is de coércitiefkracht Hc in beide gevallen nagenoeg gelijk, terwijl de waarden voor Br en voor Br/Bm in het vergelijkingsvoorbeeld 2 groter zijn. Uit de tabel blijkt, dat hoewel het afgegeven geluidssignaal 45 in voorbeeld II zwakker is dan in vergelijkingsvoorbeeld 2, de signaal/ruisverhouding veel beter is, resulterend in een verminderde ruis.

Bij waarneming met een transmissie-elektronen-microscoop bleek, dat de fijne kristallen van kobaft en kobalt-oxide in de kolomvormige kristallen van de dunne magnetische film van voorbeeld II willekeurig zijn verdeeld. Daarentegen bestonden de kolomvormige kristallen van de dunne magnetische film uit 50 vergelijkingsvoorbeeld 2 alleen uit fijne kobaltkristallen. In voorbeeld II weiden de fijne kobaltkristallen door oxidedeeltjes gefractioneerd. In vergelijkingsvoorbeeld 2 waren de fijne kobaltkristallen echter niet door oxidedeeltjes gefractioneerd. Aangezien de deeltjesgrootte van de fijne kobaltdeeltjes in voorbeeld II derhalve kleiner is dan in vergelijkingsvoorbeeld 2, treft men bij elektromagnetische geluidsweergave een geringere ruis aan.

Claims

192409 4

1. Magnetische registratiedrager, met een dunne film van femomagnetisch metaal op een niet-magnetisch substraat, welke dunne film is gevormd door fysisch opdampen van het fenomagnetische metaal op het 5 substraat onder een scherpe hoek ten opzichte van dat substraat, in een geëvacueerde ruimte waarin een voorafbepaalde hoeveelheid zuurstof aanwezig is, met het kenmerk, dat de dunne film van ferromagnetisch metaal is opgebouwd uit kolomvormige kristallen (10) die een hellende stand ten opzichte van het substraat innemen, waarbij elk kolomvormig kristal deeltjes (11) van ferromagnetisch metaal en oxidedeeltjes (12) van dat ferromagnetische metaal bevat, die willekeurig over de kristallen zijn verdeeld.

2. Magnetische registratiedrager volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat in het geval van een dunne film uit kobalt of kobalt-nikkel met een filmdikte van 30 tot 1000 nm, de kolomvormige kristallen een breedte tussen 5 en 10 nm en een lengte tussen 30 en 100 nm hebben en bestaan uit ferromagnetische metaal-deeltjes met een korrelgrootte tussen 5 en 10 nm en oxidedeeltjes met een korrelgrootte tussen 3 en 7 nm, welke willekeurig over de lengte en breedte van het kristal verdeeld zijn. Hierbij 1 blad tekening