WO1989009991A1 - Data storage system - Google Patents

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WO1989009991A1
WO1989009991A1 PCT/EP1989/000253 EP8900253W WO8909991A1 WO 1989009991 A1 WO1989009991 A1 WO 1989009991A1 EP 8900253 W EP8900253 W EP 8900253W WO 8909991 A1 WO8909991 A1 WO 8909991A1
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WO
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storage system
data storage
layer
control layer
temperature
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PCT/EP1989/000253
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Hugo Van Den Berg
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Siemens Aktiengesellschaft
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Definitions

  • magneto-optical storage systems information with a focused radiation pulse that is converted into heat, preferably a laser beam, can be written into a storage medium whose coercive field strength decreases with increasing temperature.
  • the storage medium which is generally designed as a magneto-optical thin layer, has its preferred magnetic axis perpendicular to the flat sides of the storage layer.
  • the magneto-optical storage medium becomes, in predetermined areas, approximately the order temperature, the so-called Curie temperature, at which a predetermined magnetization can be set in the resulting domains by an external magnetic field.
  • the pattern of the magnetization in the domains represents the information stored as binary data.
  • FIG. 1 schematically illustrates the structure of a data storage system according to the invention.
  • Diagrams according to FIGS. 2 and 3 serve to explain the direct overwriting.
  • the diagram according to FIG. 4 illustrates properties of a special control layer.
  • a write operation with the control layer according to FIG. 4 is indicated in FIG. 5.
  • the diagram according to FIG. 6 illustrates properties of a further control layer.
  • FIGS. 7 to 9 each show a special embodiment of a data storage system according to the invention.
  • a data storage system contains a multilayer structure 1 with three layers.
  • a storage layer 2 with a thickness of approximately 70 nm, for example, which can consist, for example, of terbium-iron-cobalt TbFeCo, preferably of ytterbium-terbium-iron-cobalt YbTbFeCo, is provided for data storage.
  • An insulating layer 4 serves to control the heat diffusion from the storage layer to a control layer 6.
  • the insulating layer 4 can preferably be made from selenium Se or silicon nitride Si 3 N 4 , but also, for example, from silicon oxide SiO 2 and from aluminum nitride Al 2 N 4 or from aluminum oxide Al 2 O 3 exist.

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Description

Datenspeichersystem
Die Erfindung bezieht sich auf ein Datenspeichersystem mit thermisch direkt überschreibbarer Information, bei dem das Überschreiben der Information durch fokussierbare und in Wärmeenergie umwandelbare Strahlung mit steuerbarer Intensität in Bereichen mit veränderbarer Magnetisierungsrichtung erfolgt. Das Speichersystem enthält eine Mehrschichtstruktur mit einer magnetischen Speicherschicht und einer magnetischen Steuerschicht. Diese Steuerschicht dient als Feldquelle für die Steuerung der Magnetisierung in der Speicherschicht.
In magnetooptischen Speichersystemen kann bekanntlich eine Information mit einem fokussierten Strahlungsimpuls, der in Wärme umgesetzt wird, vorzugsweise einem Laserstrahl, in ein Speichermedium eingeschrieben werden, dessen Koerzitivfeldstärke mit steigender Temperatur abnimmt. Das im allgemeinen als magnetooptische Dünnschicht gestaltete Speichermedium hat seine bevorzugte magnetische Achse senkrecht zu den Flachseiten der Speicherschicht. Durch den fokussierten Laserstrahl wird das magnetooptische Speichermedium in vorbestimmten Bereichen etwa die Ordnungstemperatur, die sogenannte Curie-Temperatur, bei der eine vorbestimmte Magnetisierung durch ein äußeres Magnetfeld in den entstehenden Domänen eingestellt werden kann. Das Muster der Magnetisierung in den Domänen stellt die als binäre Daten gespeicherte Information dar. Zum Auslesen der Daten wird ein Laserstrahl geringer Intensität über einen Polarisator zugeführt. Die Polarisation des Lichtstrahls wird um einen vorbestimmten Winkel gedreht, wenn der Lichtstrahl von der Speicherschicht reflektiert wird (Kerr-Effekt) oder wenn er durch die Speicherschicht hindurchtritt (Faraday-Effekt). Die Größe des Drehwinkels wird wesentlich bestimmt durch die Eigenschaften des Speichermediums. In Abhängigkeit von der Magnetisierungsrichtung in den Domänen wird die Polarisationsebene im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn gedreht. Durch einen Analysator wird die Änderung der Polarisation umgewandelt in eine Änderung der Intensität des Lichtstrahls, die von einem Photodetektor registriert werden kann. Durch Anzeige der Drehung kann die Information aus dem Speicher wieder ausgelesen werden.
Zum Überschreiben einer eingeschriebenen Information kann beispielsweise während einer Umdrehung der Speicherplatte die eingeschriebene Information mit einem Laserstrahl gelöscht und während der folgenden Umdrehung eine neue Information eingeschrieben werden. Ferner kann in einem Zweistrahlsystem mit einem Wärmestrahl gelöscht und mit dem nachfolgenden Strahl neu eingeschrieben werden.
Bei einem weiteren bekannten Datenspeichersystem mit einer Speicherschicht, einem Dielektrikum und einer Steuerschicht wird zum überschreiben die Magnetisierung nur in denjenigen Domänen umgewandelt, in die eine neue Information eingeschrieben werden soll. Die Steuerschicht dient zum Erzeugen eines magnetischen Grundfeldes. Sie besteht aus ferrimagnetischem Material mit in Abhängigkeit von der Temperatur wechselnder Magnetisierung. Lesen und Überschreiben erfolgt in getrennten magnetischen Bereichen mit einem Zweistrahl-Lasersystem. Durch den Laserstrahl werden sowohl die Speicherschicht als auch die Steuerschicht erwärmt. Wird die Steuerschicht über ihren Kompensationspunkt TK erwärmt, so wird ihre Magnetisierungsrichtung umgedreht und zugleich erhöht. Beim Erreichen der CurieTemperatur T der Speicherschicht wird diese Schicht schreibfähig und ihre Magnetisierung stellt sich parallel zur Magnetisierung in der Steuerschicht. Beim Abkühlen wird unterhalb der Kompensationstemperatur TK der Steuerschicht die Magnetisierung umgedreht und ist dann der Magnetisierung in der Spei cherschicht entgegengerichtet. Die Magnetisierung in der
Steuerschicht wird umgewandelt durch magnetostatische Wechselwirkung. Die Koerzitivfeldstärken der beiden Schichten müssen somit aufeinander abgestimmt sein, damit die Magnetisierung in der Steuerschicht durch magnetostatische Wechselwirkung umgedreht werden kann, während die Magnetisierung in der Speicherschicht unverändert bleibt (US-PS 4 649 519).
Ein weiteres bekanntes Datenspeichersystem, bei dem das Einschreiben, Auslesen und Löschen der Information durch fokussierbare und in Wärmeenergie umwandelbare Strahlung erfolgt, enthält eine Mehrschichtstruktur mit einer magnetischen Speicherschicht als Datenträger und einer Steuerschicht zum Überschreiben einer gespeicherten Information. Zum Einschreiben der Information dient ein Laser mit steuerbarer Intensität. Die
Steuerschicht hat eine senkrechte Magnetisierung und eine relativ geringe Koerzitivfeidstärke bei Raumtemperatur. Ein starkes Initialisierungsfeld wird vor der Aufzeichnung bei Raumtemperatur an die Steuerschicht angelegt und sorgt für eine Magnetisierung in gleicher Richtung. Zum Überschreiben wird ein Laserstrahl mit Impulsmodulation auf die Mehrschichtstruktur gerichtet und die Temperatur so weit erhöht, daß die Magnetisierung in beiden Schichten verschwindet. Damit wird ein Bit in die Steuerschicht eingeschrieben und bei der Abkühlung durch magnetische Austauschkopplung oder magnetostatische Kopplung auf die Speicherschicht übertragen. Mit einem niedrigen Pegel des Laserstrahls, mit dem die Mehrschichtstruktur nur unterhalb der Curie-Temperatur der Steuerschicht erwärmt wird, bleibt die Magnetisierung der Steuerschicht unverändert und in die Speicherschicht wird ein anderes Bit eingeschrieben. Die Initialisierung und Einschreibung erfolgt in getrennten Bereichen. Im Initialisierungsbereich der Steuerschicht wird die Information wieder gelöscht, damit sie im Schreibbereich wieder neu eingeschrieben werden kann. In dieser Ausführungsform des Datenspeichersystems ist ein Initialisierungsfeld erforderlich, das in der Steuerschicht die eingeschriebenen Daten löscht und zugleich die Daten in der Speicherschicht nicht verändert. Die eingeschriebenen magnetischen Domänen sind stabil durch magnetische Wandreibung (wall friction). Man braucht deshalb als Speicherschicht ein Material mit hoher Koerzitivfeldstärke, damit ein Wandkriechen vermieden werden kann und zugleich müssen hohe Ansprüche an die Homogenität der Speicherschicht und die Gerätetemperatur gestellt werden (DE-OS 36 19 618).
Ein weiteres bekanntes Datenspeichersystem mit thermisch direkt überschreibbarer Information enthält eine Mehrschichtstruktur als Datenträger, dessen Speicherschicht von einer Steuerschicht durch eine Isolierschicht getrennt ist, die zur Steuerung der Temperatur in der Steuerschicht dient. Zum Einschreiben, Auslesen und Löschen dient ein Laserstrahl mit steuerbarer Intensität. Die Steuerschicht erzeugt ein magnetisches Steuerfeld und damit eine magnetische Feldorientierung in der Speicherschicht als Funktion der Temperatur. Zum Einschreiben eines O-Signals wird durch einen Laserstrahl geringer zeitlicher Länge nur die Speicherschicht aufgeheizt und beispielsweise durch eine über dem Datenträger angeordnete Grundfeldquelle die O-Magnetisierung in die Speicherschicht eingeschrieben. Zum Einschreiben eines I-Signals wird durch einen längeren Laserimpuls auch die Steuerschicht aufgeheizt und das Ladungsmuster in der Steuerschicht geändert. Der geänderte Feldverlauf wird auf die Speicherschicht übertragen. In dieser Ausführungsform hat jedoch das Ladungsmuster der Steuerschicht nur eine verhältnismäßig geringe magnetisierende Wirkung auf die Speicherschicht. Die Dicke der Steuerschicht muß verhältnismäßig groß gewählt werden, damit der Dipol-Charakter der Ladungen verschwindet. Außerdem besitzen die Materialien mit dieser relativ hohen Kompensationstemperatur wegen der entgegengesetzt gerichteten Magnetisierungen in beiden Untergittern eine relativ niedrige Gesamtmagnetisierung. Dementsprechend können nur kleine Felder in der Speicherschicht erzeugt werden (Europäische Offenlegungsschrift 0 217 096). Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein einfaches und wirksames Datenspeichersystem anzugeben, bei dem ohne getrennten Löschvorgang die gespeicherte Information direkt überschrieben werden kann.
Die Erfindung beruht nun auf der Erkenntnis, daß zum Einschreiben stabiler Domänen in der Speicherschicht ein erhöhter magnetischer Durchgriff von der Steuerschicht erforderlich ist und sie besteht in den Merkmalen des Anspruchs 1. Die zusätzliche magnetische Schaltfeldquelle erzeugt eine Magnetisierungsverteilung in der Steuerschicht und damit eine vorbestimmte Feldverteilung in der Speicherschicht. Durch eine Änderung der Temperaturverteilung in der Steuerschicht ändert sich die Magnetisierungsverteilung in dieser Schicht, die von der Schaltfeldquelle eingeprägt ist und damit erhält man eine vorbestimmte Änderung in der Speicherschicht. Es wird eine Strahlung mit steuerbarer Intensität, vorzugsweise ein Laserstrahl, verwendet, der beispielsweise in drei Stufen steuerbar ist. Zum Auslesen der Information ist nur eine verhältnismäßig geringe Laserleistung erforderlich.
Zum Einschreiben eines O-Signals ohne vorheriges Löschen einer gegebenenfalls bereits eingeschriebenen Information wird die Laserleistung so weit erhöht, daß die Speicherschicht oberhalb ihrer kritischen Temperatur und unterhalb der kritischen Temperatur der Steuerschicht erwärmt und ein Null-Signal durch das magnetische Grundfeld eingeschrieben wird. Zum Einschreiben eines I-Signals wird durch einen Laser-Impuls mit weiter erhöhter Intensität auch die Steuerschicht über ihre kritische Temperatur erwärmt. Sie verliert damit ihre Abschirmfähigkeit und das I-Signal wird durch das resultierende Feld aus dem Grundfeld und dem wesentlich größeren und dem Grundfeld entgegengerichteten magnetischen Schaltfeld eingeschrieben. Die Isolierschicht und die Steuerschicht werden so bemessen, daß sich die Temperatur der Steuerschicht noch oberhalb ihrer kritischen Temperatur befindet und sie ihre Abschirmfähigkeit somit noch nicht wiedererlangt hat, wenn die Speicherschicht unter ihre kritische Temperatur abkühlt. Es bleibt somit noch das resultierende Feld in der eingeschriebenen Domäne der Speicherschicht wirksam. Der schreibfähige Bereich in der Speicherschicht wird somit etwa synchron magnetisch geschaltet.
Die Speicherschicht kann vorzugsweise aus Ytterbium-TerbiumEisen-Cobalt YtTbFeCo bestehen. Als Material für die Isolierschicht ist vorzugsweise Selen geeignet. Als Steuerschicht wird vorzugsweise ein Material gewählt, dessen relative Permeabilität μr bei Raumtemperatur wenigstens 10, vorzugsweise wenigstens 100, insbesondere wenigstens 1000, beträgt. Besonders geeignet ist Eisen-Cobalt-Zirkon FeCoZr mit einer relativen
Permeabilität von 6600. Die Schaltfeldquelle kann beispielsweise aus einem Dauermagneten aus Samarium-Cobalt SmCo bestehen, dessen Feldstärke vorzugsweise wenigstens das Doppelte der Feldstärke der Grundfeldquelle beträgt.
In einer besonderen Ausführungsform des Datenspeichersystems kann als Schaltfeldquelle auch ein integrierter Dauermagnet vorgesehen sein, der als Dünnfilm ausgeführt und als zusätzliche Schicht unter der Steuerschicht angeordnet ist. In dieser Ausführungsform kann eine Rillenstruktur der Schichten zweckmäßig sein. Zu diesem Zweck kann beispielsweise das Substrat, auf dem die Mehrschichtstruktur angeordnet ist, mit Rillen versehen sein, auf denen die Schichten der Mehrschichtstruktur nacheinander abgeschieden werden.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in deren Figur 1 der Aufbau eines Datenspeichersystems gemäß der Erfindung schematisch veranschaulicht ist. Zur Erläuterung des direkten Überschreibens dienen Diagramme gemäß den Figuren 2 und 3. Das Diagramm gemäß Figur 4 veranschaulicht Eigenschaften einer besonderen Steuerschicht. Ein Schreibvorgang mit der Steuerschicht gemäß Figur 4 ist in Figur 5 angedeutet. Das Diagramm gemäß Figur 6 veranschaulicht Eigenschaften einer weiteren Steuerschicht. Die Figuren 7 bis 9 zeigen jeweils eine besondere Ausführungsform eines Datenspeichersystems gemäß der Erfindung.
Ein Datenspeichersystem gemäß Figur 1 enthält eine Mehrschichtstruktur 1 mit drei Schichten. Eine Speicherschicht 2 mit einer Dicke von beispielsweise etwa 70 nm, die beispielsweise aus Terbium-Eisen-Kobalt TbFeCo, vorzugsweise aus Ytterbium-Terbium-Eisen-Kobalt YbTbFeCo, bestehen kann, ist zur Datenspeicherung vorgesehen. Eine Isolierschicht 4 dient zur Steuerung der Wärmediffusion von der Speicherschicht zu einer Steuerschicht 6. Die Isolierschicht 4 kann vorzugsweise aus Selen Se oder Siliziumnitrid Si3N4, aber beispielsweise auch aus Siliziumoxid SiO2 sowie aus Aluminiumnitrid Al2N4 oder aus Aluminiumoxid Al2O3 bestehen. Ihre Dicke, Wärmeleitfähigkeit und Wärmekapazität werden so gewählt, daß beim Einschreiben eines O-Signals die Wärmediffusion zur Steuerschicht 6 begrenzt wird und daß beim Einschreiben eines I-Signals durch Diffusion genügend Wärme von der Speicherschicht 2 auf die Steuerschicht 6 übertragen wird. Die Steuerschicht 6 besteht vorzugsweise aus Eisen-Kobalt-Zirkon FeCoZr, insbesondere (FeCo)90Zr10 , mit Hκ ≤ 800 A/m und einer Sättigungsmagnetisierung Ms = 16000 kA/m sowie einer relativen Permeabilität μr von ≈ 1600.
Zur Zuführung der Strahlungswärme ist eine Strahlungsquelle 8 vorgesehen, die vorzugsweise eine Laser-Strahlungsquelle mit zusätzlich steuerbarer Intensität und einer Leistung von beispielsweise etwa 5 mW sein kann. Zur Fokussierung des Laserstrahls 9 ist eine Fokussierungslinse 10 vorgesehen. Der Speicherschicht 2 ist eine Grundfeldquelle 11 zugeordnet, die beispielsweise eine Spule sein kann und ein magnetisches Grundfeld H11 liefert. Unterhalb der Mehrschichtstruktur 1 ist eine zusätzliche Schaltfeldquelle 12 angeordnet, deren Durchmesser B beispielsweise etwa 20 μm betragen kann und die in einem Abstand A von beispielsweise etwa 10 μm unterhalb der Steuerschicht 6 angeordnet ist. Als Schaltfeldquelle 12 ist ein Dauermagnet geeignet, der vorzugsweise noch mit einem schalenförmigen magnetischen Rückschluß 15 versehen sein kann, dessen Randbereich zur Konzentration des Schaltfeldes dient, vorzugsweise aus Samarium-Kobalt SmCo bestehen kann und ein Schaltfeld H12 liefert, dessen Intensität wesentlich größer als die Intensität des Grundfeldes H11 ist. Bei Raumtemperatur TAt (ambient) wird dieses Feld durch die Steuerschicht 6 kurzgeschlossen und somit abgeschirmt.
Das Auslesen einer eingeschriebenen Information erfolgt in bekannter Weise mit Hilfe der Kerr-Drehung nach der Reflexion des Laserstrahls 3 oder mit Hilfe der Faraday-Drehung nach dem Durchtritt des Laserstrahls 9 durch die Speicherschicht 2.
Zum Einschreiben eines O-Signals wird der Laserstrahl 9 mit erhöhter Intensität auf die Speicherschicht 2 gerichtet und diese innerhalb eines Bereiches 16 erwärmt. Im Diagramm der Figur 2 ist die Temperatur T über der Zeit t aufgetragen. Der Temperaturverlauf in der Speicherschicht 2 ist mit T2 und der Temperaturverlauf in der Steuerschicht 6 ist mit T6 bezeichnet. Zur Zeit tO beginnt die Erwärmung der Speicherschicht durch den Laserstrahl 9 und diese Schicht wird auf eine maximale Temperatur T2max von beispielsweise 200ºC erwärmt. Zur Zeit t1 wird die kritische Temperatur T2K erreicht, die etwa der CurieTemperatur Tc des Speichermaterials entspricht und die Speicherschicht 2 wird schreibfähig. Zur Zeit t2 wird der Laserstrahl 9 abgeschaltet, beispielsweise etwa nach 40 ns und die Speicherschicht kühlt wieder ab, bis sie zur Zeit t4 unterhalb ihrer kritischen Temperatur T2K ihre Schreibfähigkeit wieder verliert. Durch Wärmediffusion von der Speicherschicht 2 zur Steuerschicht 6 wird die Steuerschicht 6 aufgeheizt und er reicht ihre Maximaltemperatur T6max zur Zeit t3. Diese Maximaltemperatur von beispielsweise 100°C ist kleiner als die kritische Temperatur T6K, bei der die Steuerschicht 6 ihre Abschirmfähigkeit verliert. Die Isolierschicht 4 ist so bemessen, daß beim Einschreiben eines Null-Signals diese kritische Temperatur T6K nicht erreicht wird. In der Ausführungsform der Mehrschichtstruktur mit Kobalt-Zirkon CoZr oder Kobalt-Eisen-Zirkon (CoFe)Zr bleibt somit beim Einschreiben eines Null-Signals die Abschirmfähigkeit der Steuerschicht 6 erhalten. Die eingeprägte Magnetisierung wird bei der Abkühlung bis unterhalb der kritischen Temperatur T2K im Zeitpunkt t6 fixiert. Das O-Signal wird somit während der Zeit t1 bis t4 durch das Grundfeld H11 in die Speicherschicht 2 eingeschrieben.
Im Diagramm gemäß Figur 3 sind die relativen kritischen Temperaturen T2K/T2 und T6K/T2 über der Zeit t aufgetragen. Die T6K/T2-Kurve c veranschaulicht den Temperaturverlauf in der Speicherschicht 2. In Kurve a ist der Quotient TKr2/T2 aufgetragen. Die Kurve b stellt den Quotienten T2K/T2 dar und in der Kurve c ist das Verhältnis T6K/ T2 aufgetragen. Zum Einschreiben eines I-Signals erhält die Speicherschicht 2 einen Laserimpuls 9 mit erhöhter Intensität. Die Speicherschicht 2 wird erwärmt und zur Zeit t1 überschreitet ihre Temperatur T2 die kritische Temperatur T2K und die Speicherschicht 2 wird schreibfähig. Nach dem Ende des Laser-Impulses wird mit zunehmender Abkühlung zur Zeit t4 die Temperatur T2 wieder kleiner als die kritische Temperatur T2K und der Quotient T2K/T2 wird größer als 1. Im Zeitraum t1 bis t4 ist die Speicherschicht 2 schreibfähig. Die Intensität des Laserstrahls und die Isolierschicht werden so gewählt, daß durch Wärmediffusion auch die Steuerschicht 6 genügend erwärmt wird. Zur Zeit t2 wird der Quotient T6/T2 größer als der Quotient T6K/T2. In diesem Bereich der Kurve b von t2 bis t5 wird die kritische Temperatur T6K der Steuerschicht 6 überschritten und die Steuerschicht 6 verliert ihre Abschirmfähigkeit. Das Schaltfeld H12 kann zum Bereich 16 in der Speicherschicht 2 durchgreifen. Im Zeitraum von t2 bis t4 ist die Speicherschicht 2 schreibfähig, so daß in diesem Zeitraum Δt im Bereich 16 das resultierende Feld H wirksam ist. Mit der Bedingung H12 > H11 erhält die Speicherschicht im Bereich 16 unabhängig vom vorhergehenden Magnetisierungszustand in diesem Bereich die Magnetisierungsrichtung des resultierenden Feldes H. In dieser Ausführungsform des Datenspeichersystems wird somit das I-Signal durch das Schaltfeld H12 eingeschrieben.
In einer weiteren Ausführungsform kann das Datenspeichersystem mit einer Steuerschicht 6 aus einem Material versehen sein, dessen Kompensationstemperatur TK wesentlich unterhalb der Curie-Temperatur Tc liegt, wie es im Diagramm gemäß Figur 4 angedeutet ist, in dem die Magnetisierung M über der Temperatur T aufgetragen ist. Diese Eigenschaft hat beispielsweise Eisen-/
Kobalt FeCo mit einem der Seltenen Erden, vorzugsweise Terbium
Tb, insbesondere in der Zusammensetzung TbxFeyCo1-x-y, wobei x ≈0,25 und y ≈0,6 ist. Die Magnetisierung M dieses Materials ist bei Raumtemperatur TA groß und nimmt dann bis zur Kompensationstemperatur TK ab und erreicht nochmals ein Maximum, bevor sie bei der Curie-Temperatur Tc wieder Null ist. Zum Einschreiben eines O-Signals wird in dieser Ausführungsform die Steuerschicht 6 etwa bis zur Kompensationstemperatur TK erwärmt. Seine Magnetisierung M verschwindet und es entsteht ein "Loch" in der Steuerschicht 6. Das Schaltfeld H12 greift im Bereich 17 zum Bereich 16 der Speicherschicht 2 durch. Mit dieser Steuerschicht 6 wird somit das O-Signal durch das Schaltfeld H12 eingeschrieben.
Zum Einschreiben eines I-Signals wird die Temperatur T durch den Laserstrahl 9 weiter erhöht bis zur Temperatur Tm mit maximaler Magnetisierung. Damit ist gemäß Figur 5 die Steuerschicht 6 in einem zentralen Bereich 22 mit dieser Temperatur Tm unterhalb des Bereiches 16 der Speicherschicht 2 weichmagne tisch und schirmt das Schaltfeld H12 gegenüber dem Bereich 16 ab und das I-Signal wird durch das Grundfeld H11 in den Bereich 16 der Speicherschicht 2 eingeschrieben. In einem Bereich 23 am Rand des zentralen Bereiches 22 fehlt die Abschirmung, dieser ringförmige Bereich 23 liegt jedoch außerhalb des schreibfähigen Bereiches 16 der Speicherschicht 2.
Ferner kann für die Steuerschicht 6 ein Material gewählt werden, das beispielsweise bei Raumtemperatur TA keine Magnetisierung M und einen hohen Gutefaktor Q = 2 K/μoMs 2 hat.
Gemäß dem Diagramm der Figur 6, in dem die Magnetisierung M über der Temperatur T aufgetragen ist, steigt die Magnetisierung M mit zunehmender Temperatur T bis zu einem Maximalwert an und fällt dann dicht unterhalb der Curie-Temperatur Tc steil ab. Der Gütefaktor Q zeigt eine Abnahme bis zur Curie-Temperatur Tc. Diese Eigenschaft hat beispielsweise Terbium-Eisen-Kobalt mit der Zusammensetzung TbxFeyCo1-x-y, wobei X ≈ 0,2 und y ≈ 0,7 ist. Zum Einschreiben eines O-Signals wird die Temperatur erhöht bis zur Temperatur To, bei der die Steuerschicht 6 im Bereich 22 durch den hohen Gütefaktor Q keine abschirmende Wirkung hat und das Schaltfeld H12 zum schreibfähigen Bereich 16 der Speicherschicht 2 durchdringt. Bei einer erhöhten Temperatur TI mit hoher Magnetisierung MI und geringer magnetischer Anisotropie K wird der Bereich 22 weichmagnetisch, er schirmt das Schaltfeld H12 ab und das I-Signal wird durch das Grundfeld H11 eingeschrieben.
In der besonderen Ausführungsform des Datenspeichersystems gemäß Figur 7 ist die Mehrschichtstruktur mit der Speicherschicht 2, der Isolierschicht 4 und der Steuerschicht 6 auf einem Substrat 20 angeordnet, das beispielsweise aus Glas bestehen kann. Eine Schaltfeldquelle 13 ist in der Mehrschichtstruktur als hartmagnetische Dünnschicht mit einem periodischen Magnetisierungsmuster, beispielsweise mit Bereichen abwechselnd einander entgegengerichteter Magnetisierung 23, integriert, deren Periodenlänge C jeweils den Abstand zwischen nebeneinander liegenden Datenspuren entspricht. Jeweils in den nicht Divergenz-freien Bereichen der Magnetisierungen 23 tritt aas nicht näher bezeichnete Schaltfeld aus, das bei Raumtemperatur nach oben durch die Steuerschicht 6 abgeschirmt wird. Die Länge C dieser Bereiche kann beispielsweise jeweils etwa 1,6 μm betragen.
In der Ausführungsform eines Datenspeichersystems gemäß Figur 8 ist das Substrat 20 mit Rillen 21 versehen, deren Breite D beispielsweise etwa 1 μm betragen kann. Auf dieser Flachseite wird das Substrat 20 mit einer magnetooptischen Speicherschicht 2 versehen, die durch eine Isolierschicht 4 von der Steuerschicht 6 getrennt ist. An ihrer unteren freien Oberfläche wird diese Mehrschichtstruktur mit einer Schaltfeldquelle 14 als Dünnfilm versehen, der eine Vorzugsrichtung für die Magnetisierung senkrecht zur Filmebene aufweist. Diese Schaltfeldquelle 14 kann beispielsweise aus Mangan-Wismut MnBi, vorzugsweise aus Terbium-Kobalt TbCo, insbesondere aus Kobalt-Palladium CoPd, bestehen. Diese Dünnschicht kann vorzugsweise aus mehreren Schichten bestehen, die nacheinander aufgebracht sind. Die Tiefe a der Rillen 21 wird vorzugsweise gleich dem Produkt aus einer ungeraden Zahl mit einem Viertel der Wellenlänge (λ/4) des Lichts im Substrat 20 gewählt und kann beispielsweise etwa 0,25 μm betragen.
In der besonderen Ausführungsform des Datenspeichersystems gemäß Figur 9 sind einer gemeinsamen Schaltfeldquelle 14 zwei Mehrschichtstrukturen zugeordnet, die jeweils eine Speicherschicht 2 bzw. 3, eine Isolierschicht 4 bzw. 5 und eine Steuerschicht 6 bzw. 7 enthalten. In dieser Ausführungsform erhält man einen doppelten Speicherinhalt des Systems.
24 Patentansprüche 9 Figuren

Claims

Patentansprüche
1. Datenspeichersystem mit thermisch direkt überschreibbarer Information, bei dem das Überschreiben der Information durch fokussierbare und in Wärmeenergie umwandelbare Strahlung mit steuerbarer Intensität in Bereichen mit veränderbarer Magnetisierungsrichtung erfolgt, mit einer Mehrschichtstruktur, die mindestens eine magnetische Speicherschicht, eine Wärmediffusionsschicht und eine magnetische Steuerschicht enthält, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß eine zusätzliche magnetische Schaltfeldquelle (12 bis 14) vorgesehen ist und daß durch die Temperatur der Steuerschicht (6) die Gesamtfeldverteilung der Schaltfeldquelle (12) und der Steuerschicht (6) in der Speicherschicht (2) veränderbar ist.
2. Datenspeichersystem nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß als Schaltfeldquelle (12) ein getrennter Dauermagnet vorgesehen ist.
3. Datenspeichersystem nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Dauermagnet mit einem magnetischen Rückschluß (15) versehen ist.
4. Datenspeichersystem nach einem der Ansprüche 1 oder 3, D a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Schaltfeldquelle (12) aus Samarium-Cobalt SmCo besteht.
5. Datenspeichersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Schaltfeldquelle (12) aus Niob-Eisen-Cobalt NbFeCo besteht.
6. Datenspeichersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, g e k e n n z e i c h n e t durch eine Steuerschicht (6) mit in verschiedenen Temperaturbereichen unterschiedlicher relativer Permeabilität μr.
7. Datenspeichersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Steuerschicht (6) wenigstens teilweise aus einem Material besteht, dessen weichmagnetische Eigenschaften sich bei erhöhter Temperatur ändern.
8. Datenspeichersystem nach Anspruch 7, g e k e n n z e i c h n e t durch eine Steuerschicht (6) aus KobaltZirkon CoZr.
9. Datenspeichersystem nach Anspruch 7 oder 8, g e k e n n z e i c h n e t durch eine Steuerschicht aus Kobalt-EisenZirkon CoFeZr besteht.
10. Datenspeichersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Steuerschicht (6) aus einem ferrimagnetischen Material besteht mit einer Kompensationstemperatur TK, die wesentlich geringer ist als seine Curie-Temperatur Tc, und daß innerhalb des Bereiches zwischen der Kompensationstemperatur TK und der CurieTemperatur Tc die Magnetisierung Ms groß und die magnetische
Anisotropie K gering ist und im "0"-Bereich mit einer Temperatur To die Magnetisierung MS wenigstens annähernd Null ist (Figur 4).
11. Datenspeichersystem nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Steuerschicht (6) aus Terbium-Eisen-Kobalt TbFeCo besteht.
12. Datenspeichersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Steuerschicht (6) aus einem ferrimagnetischen Material besteht, bei dem bei Raumtemperatur TR und beim Einschreiben eines O-Signals der Gütefaktor Q >> 1 ist und bei dem dicht unterhalb der Curie-Temperatur T die Magnetisierung M groß und der Gütefaktor Q klein ist (Fig. 6).
13. Catenspeichersystem nach Anspruch 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Steuerschicht (6) aus Terbium-Eisen-Kobalt TbFeCo besteht, bei dem im Temperaturbereich dicht unterhalb der Curie-Temperatur Tc der Gütefaktor Q « 1 ist.
14. Datenspeichersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13, g e k e n n z e i c h n e t durch eine Speicherschicht (2) aus Ytterbium-Terbium-Eisen-Kobalt YbTbFeCo.
15. Datenspeichersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 14, g e k e n n z e i c h n e t durch eine Wärmediffusionsschicht (4) aus Selen Se.
16. Datenspeichersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Wärmediffusionsschicht aus Aluminiumnitrid besteht.
17. Datenspeichersystem nach einem der Ansprüche 1 und 6 bis 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß als Schaltfeldquelle (13) ein integrierter Dauermagnet als Dünnfilm mit magnetischer Vorzugsachse vorgesehen ist.
18. Datenspeichersystem nach Anspruch 17, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß ein integrierter Dauermagnet mit einer periodischen Magnetisierung dem Muster der Datenspuren entspricht (Fig. 7).
19. Datenspeichersystem nach Anspruch 17, g e k e n n z e i c h n e t durch eine Rillenstruktur der Oberfläche und eine dauermagnetische Schicht (14) mit einer magnetischen Anisotropie senkrecht zu den Flachseiten.
20. Datenspeichersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 19,d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß eine zusätzliche Grundfeldquelle (11) vorgesehen ist.
21. Datenspeichersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 20, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Intensität der Schaltfeldquelle (12) bei fehlender Abschirmung der Steuerschicht (6) wenigstens im Randgebiet eines schreibfähigen Bereiches (16) der Speicherschicht (2) wenigstens das Doppelte der Intensität der Grundfeldquelle (11) beträgt.
22. Datenspeichersystem nach einem der Ansprüche 17 bis 21, g e k e n n z e i c h n e t durch eine gemeinsame Schaltfeldquelle (14), der Mehrschichtstrukturen zugeordnet sind, die mindestens jeweils eine Speicherschicht (2, 3) und jeweils eine Wärmediffusionsschicht (4, 5) sowie Steuerschicht (6, 7) enthalten (Figur 9).
23. Datenspeichersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 22, g e k e n n z e i c h n e t durch einen Laser als Strahlungsquelle (8) mit zusätzlich stufenweise steuerbarer Intensität.
24. Datenspeichersystem nach Anspruch 22, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß für das Auslesen, das Einschreiben eines O-Signals und eines I-Signals jeweils eine Stufe der Intensität der Strahlungsquelle (8) vorgesehen ist.
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