Магнитооптический носитель информации Советский патент 1989 года по МПК G11C11/14 

О

со

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при построении магнитооптических запоминающих устройств. Целью изобретения является повышение отношения сигнал/шум при считывании информации. Магнитооптический носитель содержит подложку, на которой расположены отражающий слой, первый прозрачный диэлектрический слой, доменосодержащая аморфная пленка с магнитной анизотропией, перпендикулярной поверхности пленки, второй прозрачный диэлектрический слой (противоотражательный) и прозрачный защитный слой. Отражающий слой может быть также расположен между вторым прозрачным диэлектрическим слоем и прозрачным защитным слоем. Магнитооптический носитель информации может быть выполнен и так, что подложка и прозрачный защитный слой объединены в одном слое. Работа магнитооптического носителя информации основана на термомагнитной записи и неразрушающем магнитооптическом считывании информации. 2 з.п.ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к вычислительной технике и мо/кет быть использовано при построении магнитооптических запоминающих устройств.

Целью изобретения является повышение отношения сигнал/шум при считывании информации.

Магнитооптический носитель информации содержит подполску, на которой расположены отражающий слой, первый прозрачный диэлектрический слой, до- меносодержащая аморфная пленка с магнитной анизотропией, пер 1ендмкуляр- ной поверхности пленки, второй прозрачный диэлектрический слой (противо- отражательный) и прозрач 1 1Й jamiiTHiin i лой. Отражающий слой может быть также расположен между вторым прозрачным диэлектрическим слоем и прозрачным защитным слоем. Магнитооптический носитель информации может быть выполнен и так, что подложка и npoii);i4Hi. защитный слой объединены в одлом ,

00

о

0

Доменосодержашая аморфная пленка выполнена из сплава по меньшей мере одного редкоземельного элемента из группы гадолиний - тербий - диспрозий и по меньшей мере одного переходного металла из группы железо - кобальт - хром толщиной (0,5 - 20)-10 м с размерами доменов (0,1 - 5)- 10 м.

с углом магнитооптического вращения

|0

плоскости поляризации не менее 1 , а прозрачные диэлектрические слои выполнены толщиной (3 - 20) с показателем преломления света не менее 1,2. При этом содержание редкозе мельного элемента и переходного металла в пленке составляет соответственно 16 - 35 и 84 - 65 ат.%.

Магнитооптические аморфные тонкие пленки можно изготовить известными способами нанесения тонких пленок такими, как напыление, испарение и набрызгивание с охлаждением. При на- брызгивании с охлаждением горячая жидкость из компонент пленки падает на холодную поверхность, где компоненты пленки быстро охлаждаются и затвердевают, образуя аморфную объемную пленку. Как правило, независимо от используемой скорости нанесения температура подложки должна быть меньше температуры кристаллизации для того, чтобы получить аморфные магнитные материалы,

. Предпочтительным способом нанесе- ния тонких пленок является напыление Известные условия напыления аморфных тонких пленок включают первоначальный вакуум ниже I lO торр; давлепл

ниа напыления от З-Ю до 2-10 торр предварительное распыление источника напыления материала, чтобы очистить «его поверхность; температуру подложки 30 - 100 С и парциальное давление аргона.

В способе катодного напыления ионы газообразного аргона бомбардируют катодную мишень из твердого сплава в напылительной камере, смещая атомы металлов за счет передачи момента движения от ускоренных ионов к атомам металлов вблизи поверхности мишени. При этом катод раскаляется и масса ионизованного газа между катодом и анодом представляет собой плазму. Подложку помещают у анода, а атомы металлического сплава пересекают пространство между анодом и катодом.

5

0 0

5

осаждаясь или конденсируясь на подложке .

Мояшо использовать многие пленочные подложки. Их можно изготовить из любого материала, обладающего стабильностью размеров, чтобы свести до миним ма изменения радиального перемещения во время записи и воспроизве0 дения,. Можно использовать полупроводники, изоляторы или металлы. Подходящие подложки включают стекло, шпинель, кварц, сапфир, окись алкминия, металлы, такие как алк)миний и медь, и полимеры, такие как полиметилме- такрилат и сложный полиэфир. Подложка обычно имеет форму диска.

Когда намагничиваемую аморфную пленку наносят на отражающую поверхность, то ее магнитооптическое вращение увеличивается благодаря сложению эффекта Фарадея с эффектом Керра. Первый из указанных эффектов заключается во вращении плоскости поляризации света при его прохождении взад и вперед через магнитооптический слой, Б то время как эффект Керра поворачивает плоскость поляризации на поверхности слоя. Отражающий слой может быть гладкой тщательно полированной поверхностью самой подложки либо он может представлять собой поверхность отдельного отражающего слоя, нанесенного известными способами такими, как вакуумное осаждение пара.

Отражающая поверхность или слой обычно имеет коэффициент отражения свьше примерно 50% (предпочтительно

0 70%) по длине волны записи. Нанесенные отражающие слои обычно имеют толщину примерно 50 - 500 нм. Типичными отражательными поверхностями или слоями являются медь, алюминий или зо5 лото.

Прозрачный диэлектрический слой можно нанести в виде промежуточного слоя между отражающим слоем и намагничиваемой аморфной пленкой. Такой

0 промежуточный слой должен иметь пойа- затель преломления не менее 1,2, предпочтительно около 3,0. При высоком показателе преломления поометку- точного слоя угол магнитооптического

5 вращения можно существенно увеличить за счет интерференционного усиления. Интерференционное усиление происходит также в том случае, когда второй прозрачный диэлектрический слой

(противоотражательный) наносят поверх намагничиваемой аморфной пленки. Носители информации, имеюцие одну прозрачную диэлектрическую интерференционную пленку (либо промежуточный, либо противоотражательный слой) в дополнение к отражательным слоям и намагничиваемой аморфной тонкой пленке называются трехслойными носителями. Носители, имекшие одновременно диэлектрический слой между отражающей поверхностью и намагничиваемой аморфной тонкой пленкой и противоотражательный слой, называются четырехслой- ными носителями. Противоотражательный слой также отличается тем, что его толщина обычно составляет примерно 30 - 200 нм, а показатель преломления превышает 1,2, при этом он необязательно должен быть из того же материала, что и диэлектрический спой.

В случаях, когда диэлектрический слой находится между пленкой и отражающим слоем или поверхностью в трехслойной структуре, выгодно добавить поверх пленки прозрачный пассивирующий слой. Пассивация представляет собой изменение химически активной металлической поверхности в намного менее реакционное состояние. Прозрачный пассивиругаций слой обычно в толщину составляет до примерно 300 А.

Подходящими материалами для пассивирующего слоя и прозрачными диэлектриками являются субокись кремния (SiO, , ), двуокись тнтана, SiOj, окись церия, окись алюминия и нитрид алюг-1иния.

Относительные толщины намагничиваемой аморфной пленки и прозрачного диэлектрического слоя в трехслойной структуре и промежуточного диэлектрического слоя, противоотражательного слоя и аморфной .пленки в четырехслой- ной структуре выбирают таким образом, чтобы угол магнитооптического враще- НИН превышал угол вращения носителя без добавленных слоев диэлектрического и/или противоотражательного покрытий. Этот выбор можно сделать, используя известные оптические соотношения. Относительные толщины предпочтительно выбирают таким образом, чтобы получить отражательную способность носителя записи не менее 30% по длине волны записи.

Характеристический угол вращения предлагаемых магнитооптических носитв ей gBftffeT сравнительно большим (ff .еЛ&х I - 10 град) при измере- нм|1 с л ерю диодом йа длине золны ni tttepKO в309 А. Это является улучше- нц .ие /я вошшию со значениями угла yiKJIIiaHHbHdH в литературе auif отлуге цаафиж. структур редкозе- Metetestet МРВМГЧИГОВ - переходных ме10 т

5

0

5

0

5

0

5

0

5

Otf HffiasM свойства аморфной тон- К9 шь&нмк как от ее состава, Т9ф 1 фт получения или нане- е . Известно, что ред- ко медь1ше Ч 1етаплы легко окисляются, и |1ЬдД одр вд П 1е этого окисления яв- efjMio чася-ью предлагаемого , AMBgkftre продукт более высокой 4«QT«w. аноду придать отри- цаю&ллнцв, нвф|ат(иал по отношению к пллэме, те спвеоб называют смещенным налылеки м. 0« «тается, что это смещение вы ыввет нредпочтительное удаление п |р мфввй, таких как кислород, из «всчАэнФй иконки пр повторном на- пыа &кшл;

Радночастовадое напыление (а не на- пъшвыие, гл9 п тояниом токе) можно исн ш аовать для того, чтобы осуществив cy licvtfy и нанесение изолято- рое т1ци«к КАК указанные прозрачные ди« йЫ& Е«М| ц |Са1)е соли. Радиочастотное пейвненмо и нй| яжение подают в напы- лифельыун; с помощью радиочасTO IX ЭЛ««ТР9ДОБ.

VcvfuoA ao триодного напыления со- дедают н)1ум|ную камеру, содержащую раеШ1ьш14Г«ъЯ4 муп катодную мишеиь, куда noipemiaws ; «9таваический сплав. Сплав ра яьшяют осцфлюая его на подложке, Ko iKfty впмвщвмг на анодном держателе no49 e«u«H., Дивя поддерживают при низком, «9ф11|Ц1ЯЧ «Л1 11«м напряжении смещения но ар ютвалмп к стенке камеры. Ка- {фкнмь ехлаждают водой, и под- лощу teзlK& вфмвести во вращение с помвщыо вмедонрас приводных средств. Обынио eJKMf 1 Я1енью и анодом уста- нааииаайг заслонку, чтобы можно производит) вленылисельную чистку подложки. Нрвдпо лгительным является три- одй&е напцрканме в магнитном поле, при идацш термоионным катодом и аноАвм о л &аа лвают магнитное поле, чтосЗы of ial№H«grb электроны в плазм е ио1в АН11ОНМОг« газа и не давать им пояаАвФЬ №Л Яйдаюжку, где электронная бомбв { ди века может вызвать нагрев.

Сама по себе напылительная камера изготовлена из нержавеющей стали.

При работе напыпительную камеру обычно откачивают до некоторого первоначального фонового давления (например, 4-10 торр), после чего подают распьшительный газ (аргон). Обычн подложку очищают предварительным распылением или распылительным травленн ем в течение примерно 60 с при напряжении смещения примерно 300 В, Подложку подвергают воздействию потока атомов из мишени после того, как достигнуты заранее заданные условия напыления. Скорость напыления магнитооптической пленки обычно составляет 0,5 - 4,0 Л/с в случае тройного сплава гадолиния - тербня - железа. Тонкопленочную термопару располагают вблизи анодного держателя подложки, чтобы измерять примерную температуру подложки и равновесной плазмы.

Более высокий вакуум триодного устройства приводит к получению тонких пленок большей плотности и с большим показателем преломления, чем известные магнитооптические пленки. Характер магнитооптической пленки на ее поверхности может отличаться от объемных свойств пленки. Это особенно проявляется при сравнении результатов измерений коэрцитивности для поверхности и объема непассивированной пленки. Найдено, что коэр- цитивность Hg может изменяться на порядок величины в некоторых случаях. Эти изменения особенно важны в оптической системе памяти, поскольку взаимодействие считывающего оптического луча и запоминающих материалов да основе редкоземельных элементов - переходных металлов происходит в первых 150 - 200 А пленки. Предполагают, что окисление редкоземельного элемента является основной причиной изменения характеристик тонкой пленки на поверхности. Покрывая пленку редкоземельного элемента - переходного металла пассивирующим слоем, можно практически исключить изменение характеристик со временем.

Глубинное профилирование элементов в образце предлагаемого носителя с пленкой из сплава Gd - Tb - Fe, покрытой сверху стеклом SiO, производят с помощью Оже - электронной спектроскопии н масс-спектрометрии вторичных ионов. Результаты показа

5

0

5

j

0

5

0

0

5

ли, что уровень кислорода в ;шенке Gd - 1Ъ - Fe составляет менее одного атомнО ГО процента. Х 1мический анализ с помощью электронной спектроскопии показал, что пленки SiO,, нанесенные поверх пленок Gd - ТЬ - Fe, имеют х в пределах 1,2 - 1,6 или содержание кислорода составляет 55 - 62 ат.%. Глубинный профильный анализ показал, что содержание кислорода в пленках Gd - ТЪ - Fe примерно в 200 раз меньше, -чем в SiO, или составляет примерно 0,3 ат.%.

Пример, В качестве подложки используют полированный алюминиевый диск с полимерной подкладкой, имеющий диаметр 30 см. Этот диск изготавливают путем покрытия полированного алюминиевого диска, который предварительно очищен полимером (например, стирол - бутадиеновым полимером). Раствор полимера (например, содержащий примерно 4% твердых веществ в растворителе с т.кип. свыше 140°С) наносят на диск при одновременном его вращении. Растворитель испаряют, получив тонкий полимерный подкладочный слой. Функция подкладочного слоя заключается в получении очень гладкой поверхности для записи. Полимер должен смачивать поверхность алюминия и адгезировать к ней.

Диск с подкладкой покрыт первичным слоем из окиси хрома (чтобы способствовать адгезии отражающего слоя к подложке) с помощью магнетронного напыления с использованием мишени из хрома в атмосфере аргона, водяного пара и воздуха. Напыление окиси хрома осуществляют в течение примерно 1-2 мин при токе мишени примерно 500 мА и при фоновом рабочем давлении примерно 2-10 торр, получив в результате слой, способствующий нуклеа- ции и адгезии, толщиной примерно 40 А. Другими подходящими первичными материалами могут быть окислы титана, тантала и алюминия.

Поверх этого путем вакуумного ре- зистивного испарения при фоновом давлении примерно 2 10 торр наносят от- ражакш1ий слой меди толщиной примерно 1000 А. Полученную таким образом подложку очищают распылительным травлением в течение примерно 60 с при напряжении смещения около 300 В в присутствии аргона. Промежуточную стеклянную пленку из субокиси кремния

SiOy осаждают из дымового источника моноокиси кремния до толщины примерн 250 А путем напыления.

Способ триодного напыления исполь зуют затем для покрытия подготовленной подложки сплавом гадолиния, тербия, железа. Газообразный аргон высокой чистоты напускают в устройство триодного напыления, чтобы получить фоновое давление примерно 1,2-10 тор и нанесение пленки тройного сппава осуществляют при смещении подложки около 300 В и смещении мишени примерно 300 В. Скорость нанесения находит ся в пределах 2,5 - 3 А/с, а конечна толщина пленки составляет примерно 285 А. Стеклянное покрытие толщиной примерно 1360 А наносят из источника дыма SiO при давлении вакуума ниже примерно 9, торр.

Мишень из сплава, которую используют для получения магнитооптической пленки, представляет собой мозаичный набор нужных компонентов. Конечный состав нанесенных пленок определяют по энергетической дисперсии с помощью рентгеновской флуоресцентной спектроскопии, .Состав полученного образца 34-195 согласно определению содержит, ат.%: гадолиний 6,5; тербий 10,0 и железо 83,5.

В таблице указаны различные магнитооптические свойства предлагаемого образца ЗА-195 и приведено сравнение их с известными магнитооптическими носителями. Все данные для образца 34-195 записаны и считаны при радиусе диска 115 мм.

Поскольку записанные элементы ин- формации очень малы, частицы пыли диаметром всего несколько микрон могут создать препятствия на поверхности магнитооптического носителя, препятствующие з аписи сигналов или мешающие считыванию записанных сигналов. Чтобы обойти это препятствие, на магнитооптический носитель записи наносят прозрачный защитный покрывающий слой. Обычно он имеет толщину не менее 1,2 мм и может охватывать намагничиваемую аморфную пленку, пассивирующий слой, диэлектрический слой трехслойного носителя либо про- тивоотражательньй слой четырехслой- ного носителя.

Его можно даже использовать вместо подложки, если слои наносить в обратном порядке. Таким образом.

порядок слоев может быть следукщим: для трехслойного носителя - прозрачная подложка, диэлектрический слой, магнитооптическая пленка, отражающа поверхность либо прозрачная подложка, магнитооптическая пленка, диэлектрик, отражающая поверхность; а для четырехслойного носителя - прозрачная подпожка, противоотражатель- ный слой, магнитооптическая пленка, промежуточный слой, отражакщая поверхность,

Преимущество в том, что нужно на один слой меньше, поскольку покрывающий слой является также и подложкой. Такую структуру называют структурой с падением на подложку (т,е. свет падает на подложку). Примером четырехслойной структуры с падением на подложку является следугацая структура:

Полиметилметакр1-шатная

подложка, мм1 ,2

810(-противоотоажательный слой, А400

Магнитооптический

слой, А275

SiOy-промежуточный

диэлектрический

слой, А270

СгО -первичный слой, А 30-100

Медный отражающий слой, А SiO, А

1250 1200

Q Q

5

Двусторонний носитель записи можно изготовить, склеивая вместе два указанных носителя на поверхностях отражающего металлического слоя 1-ши последнего указанного слоя SiO, с тем, чтобы защитные полиметилметакрилатные подложки были направлены наружу. Та КИМ образом, слой SiO одного носителя приклеен к той же самой поверхности второго носителя с помощью клея, Клей должен быть инертным к всем материалам носителя и не должен содержать нерастворимые вещества, которые могли бы вызвать деформации или капельные выступы в носителе. Он должен хорошо связываться со стеклом и пластиками и должен обладать низкой усадкой при отверждении и старении. Подходящим клеем является эпоксидный клей Еро - Tek 301 2-часть, изготавливаемый фирмой Эпокси текнолождн инк., Уотертаун, Массачусетс /Ероху Technology, ind.

Для односторонней структуры предпочтительно прикленвать защитный лнст к поверхности указанного слоя SiO. Этот защитный лист может быть сделан из того же самого материала (наприг мер, из полиметилметакрилата) и иметь толщину, как у ранее указанной под- ложкн. Клей, используемой дпя приклеивания защитного покрытия 1 носителю записи, может быть аналогичным указанному. Это зоцитный лист предохраняет носитель от повреждения при обращении с ним.

В любом случае прозрачный защитный 15 женный либо между подложкой и первым

слой может представлять собой лист проницаемого материала такого, как стекло или пластик с низкой теплопроводностью такой, как полиметилме- такрилат. Защитный покрывающий слой также может иметь подкладку.

Работа предлагаемого магнитооптического носителя информа41ии так же, как и известных основана на термомагнитной записи и неразрушающем магни- 25 коземельного элемента из группы гадо- тооптическом считыва1ин информации.линий-тербий-днспроэий и, по меньшей

Стирание можно осуществить записывая новую информацию на старых частях носителя либо подвергая любой данный элемент информации воздействию лазерного луча достаточной интенсивности с последумдим охлаждением этого элемента информации в присутствии

мере одного переходного металла из группы железо-кобальт-хром толщиной (О,5-20) 10 м с размерами доменов 30 (0,1-5) 10 м, с углом магнитооптического вращения плоскости поляризации не менее I , а прозрачные диэлекмагннтного поля, ориентированного в

трические слои выполнены толщиной (3-20)- 10 м с показателем преломле- направпении первоначально приложенно- jc ния света не менее 1,2. го магнитного поля. Всю записанную2. Носитель информации по п. I,

информацию можно стереть целиком,отличающийся тем, что соприпожив большое магнитное смещающеедержание редкоземельного элемента н

поле в первоначальном направлениипереходного металла в доменосодержанасыщения, для чего не нужен лазерный дО пленке составляет соот- луч. Обычно в процессе записи внешнее ветственно 16 - 35 и 8А - 65 ат.%. см щакщее магнитное поле создают с3. Носитель информаци{1 по п. .1,

помощью магнита, установленного свер- отличающийся тем, что ху или снизу магнитооптического носи- подложка и прозрачный защитный слой теля, а в процессе стирания изменяют 45 выполнены в одном слое.

направление магнита на противоположное. Формула изобретения

1, Магнитооптический носитель ин- , содержащий подложку, на которой расположены первый прозрачный диэлектрический слой, доменосодержа- щая аморфная пленка с магнитной анизотропией, перпендикулярной поверхности пленки, второй прозрачный диэлектрический слой, прозрачный защитный слой и отражающий слой, располопрозрачным диэлектрическим слоем, либо на стороне второго диэлектрического слоя, противоположной по отношению к доменосодержащей аморфной пленке, 20отлнчающийся тем, что, с целью повьшения отношения сигнал/шум при считывании информации, доменосо- держащая аморфная пленка выполнена из сплава по меньшей мере одного ред

мере одного переходного металла из группы железо-кобальт-хром толщиной (О,5-20) 10 м с размерами доменов 30 (0,1-5) 10 м, с углом магнитооптического вращения плоскости поляризации не менее I , а прозрачные диэлекJ3

Ьвойсрва

прадлапеного

ZiLliinnZlF niZLTIZL IGirLi:

Иощность saime.

лазера, иВт6,0 7,0 6,0 9,0 10,0 11,0 12,0

30ЭО3030

160 140 UO 140

Частота записи,

Mfu2222222;2,5

Лоле иагиитного,

сиаяения,

зрстад600 600 600 600 600 600 600

Частота разроп. полосы пропускания, кГц30303030 303030 Мояность счят,

лазера, мГц2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,02,5 2,5 2,5 2,5

Отнояение сигнал/0ун,

дВ43,4 49,2 50,5 51,5 52,2 52,4 52,7 4040444040

Точка хомпанс.,

С 118 118 118 118 118 118 118

Скорость диска, об/мн780 780 780 780 780 780 7801350 1350 1350 1350 720

30 2

Покпстслм дли обрма

1Л

известного

Вплоть до

30ЭО3030

2,5 2,5 2,5 2,5

30 2

160 140 UO 140