Магнитооптический носитель информации

 

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.

СООЭ СОВЕТСКИХ, СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А5 (5!)4 G !! С II/14

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н flATEHTV

-E, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ П<НТ СССР (21) 3745558/24-24 (22) 16 ° 05.84 (31) 495176; 559647 (32) 17.05.83 (33) US (46) 23.08,89, Бюл. М - 31 (71) Миннесота Майнинг энд Мануфакчуринг Компани (US) (72) Роберт Поул Фриз, Лесли Харольд

Джонсон, Томас Алан Райнхарт и Ричард Ниль Гарднер (ЦБ) (53) 681. 32 7. 66 (088. 8) (56) Заявка Японии У 56-143547, кл. С 11 С 11/14, опублик, 198!.

Imamura et al. The development of

magneto — optic 11в1< memory with semiconductor lasers ° KDD Research and

Development Lab., Tokyo. Japan. (54) МАГНИТООПТИЧЕСКИЙ НОСИТЕЛЬ ИНФОРМАЦИИ (57) Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при построении магнитооптичесИзобретение 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 информации содержит подложку, на которой расположены отражающий слой, первый прозрачный диэлектрический слой, доменосодержащая аморфная пленка с маг„.sU,, 1603689 ких запоминающих устройств, Целью изобретения является повышение отношения сигнал/шум при считыпаш.п информации. Магнитооптический носит-. .ль содержит подложку, на которой расположены отражающий слой, первый прозрачный диэлектрический слой, домецосодержащая аморфная пленка с магнитной анизотропией, перпендикулырпой поверхности пленки, второй прозрачный диэлектрический слой (протпвоотражательный) 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 «ащитный слой объединены в одном слое, Работа магнитооптического носителя информации основана на термомагни гпой записи и неразрушающем магнитооптическом считывании информации. 2 з.л, ф-лы, 1 т абл, нитной анизотропией, перпенд«кулярной поверхности пленки, второй прозрачный диэлектрический слой (противоотражательный) и прозрачный защитный лой. Отражающий слой может быть также расположен между вторым прозрачным диэлектрическим слоем и прозрачным защитным слоем. Магнитооптический носитель информации может быть «иполнен и так, что подложка и про- р;. н|ий защитный слой объединены в одном слое, 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 метаплов вблизи поверхности мишени.

При этом катод раскаляется и масса иониэованного газа между катодом и анодом представляет собой плазму.

Подложку помещают у анода, а атомы металлического сплава пересекают

55 пространство между анодом и катодом, 3 15036

Доменосодержашая аморфная пленка выполнена из сплава по меньшей мере ! одного редкоземельного элемента из группы гадолиний — тербий - диспро5 зий и по меньшей мере одного переходного металла из группы железо — ко-а балы — хром толщиной (0,5 - 20) 10 м с размерами доменов (0,1 — 5) 10 м, с углом магнитооптического вращения о плоскости поляризации не менее 1, а прозрачные диэлектрические слои выполнены толщиной (3 — 20) ° 10 м с показателем преломления света не менее 1,2. При этом содержание редкозе- 15 мельного элемента и переходного металла в пленке составляет соответственно 16 — 35 и 84 — 65 ат.X.

Магнитооптические аморфные тонкие пленки можно изготовить известными 20 способами нанесения тонких пленок такими, как напыление, испарение и набрызгивание с охлаждением. При набрызгивании с охлаждением горячая жидкость иэ компонент пленки падает на холодную поверхность, где компоненты пленки быстро охлаждаются и затвердевают, образуя аморфную объемную ппенку. Как правило, независимо от используемой скорости нанесения 30 температура подложки должна быть меньше температуры кристаллизации для того, чтобы получить аморфные магнитные материалы.

Предпочтительным способом нанесения тонких пленок является напыление.

Известные условия напыления аморфных тонких пленок включают первоначальный вакуум ниже 1 10 торр; давлеа -Я ние напыления от 3 1О до 2 10 торр; 40 предварительное распыление источника напыления материала, чтобы очистить его поверхность; температуру подложо ки 30 — 100 С и парциальное давление ар гона. 45

89 осаждаясь или конденсируясь на подложке., Можно испольэовать многие пленочные подложки. Их можно изготовить из любого материала, обладающего стабильностью размеров, чтобы свести до минимума изменения радиального перемещения во время записи и воспроизведения,. Можно использовать полупроводники, изоляторы или металлы. Подходящие подложки включают стекло, шпинель, кварц, сапфир, окись алюминия, металлы, такие как алюминий и медь, и полимеры, такие как полиметилметакрилат 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, в то время как эффект Керра поворачивает плоскость поляризации на поверхности слоя. Отражающий слой может быть гладкой тщательно полированной поверхностью самой подложки либо сн может представлять собой поверхнссть отдельного отражакщего слоя, нанесенного известными способами такими, как вакуумное осажденне пара.

Отражающая поверхность или спой обычно имеет коэффициент отражения свьппе примерно 507. (предпочтительно

70X) по длине волны записи. Нанесенные отражающие слои обычно имеют толщину примерно 50 — 500 нм. Типичными отражательными поверхностями или слоями являются медь, алюминий или золото.

Прозрачный диэлектрический слой можно нанести в виде промежуточного слоя между отражающим слоем и намагничиваемой аморфной пленкой. Такой промежуточный слой должен иметь показатель преломления не менее 1,2, предпочтительно около 3,0. При высоком показателе преломления промежчточного слоя угол магнитооптического вращения можно существенно увеличить за счет интерференционного усиления.

Интерференционное усиление происходит также в том случае, когда второй прозрачный диэлектрический слой

5 l 503689, 6 (противоотражательный) наносят поверх теуФек вщйретфМ сравнительно большим намагничиваемой аморфной пленки. Но- (в щведеАах 1 - 10 град) град) при измересители информации, имекцие одну проз-. нщю с лавернем ди н диодом а длине волны . рачную диэлектрическую интерференци- примерно 83О@ А Э то является улучшеонную пленку (либо промежуточный, ли- 5 нцем.. нщзм ..ве ю со значениями угла бо противоотражательный слой) в до- йнФжя в ными в литературе полнение к отражательным слоям и на- суруктур редкоземагничиваемой аморфной тонкой пленке мею иец фемеюмов — переходных меназываются трехслойными носителями 10 т Жь®Ф

Носители, имеющие одновременно диэлектрический слой между отражающей Овц цнц екщв свойства аморфной тонповерхностью и намагничиваемой аморф- Ф щ н зафи»пят как от ее состава, ной тонкой пленкой и противоотража- тц Ю ет o+Q6B получения или нанетельный спой, называются четырехслой- 15 сйфЗФ eg еФвзд ва. известно, что редными носителями. Противоотражательный кафвме@ьФма металлы легко окисляются

1 слой также отличается тем, что его и . вжз одщьааумие этого окисления явтолщина обычно составляет примерно яцф ищ ва щьоф частью предлагаемого

30 — 200 нм, а показатель преломпения сЩ еаба, Фмоффге продукт более высопревышает 1,2, при этом он необяза- 20 кай чнйтщ ы. Если аноду придать отрительно должен быть из того же матери- цаямлаищФ иефешциал по отношению к ала, что и диэлектрический слой. плазма, те евасоб называют смещенным

В случаях, когда диэлектрический напылением. Оцитается, что это смещеслой находится между пленкой и стра- ние выюывеет предпочтительное удалежающим слоем или поверхностью в трех- 25 нив ифцвиееей, таких как кислород, слойной структуре, выгодно добавить из еснщвыей жвенки при повторном наповерх пленки прозрачный пассивирую- пыаенни щии слой. Пассивация представляет со- Радщщастовное напыление (а не набой изменение химически активной ме- пынание. цж н встояниом токе) можно таллической поверхности в намного ме- 30 исишы воаать для того, чтобы осущенее реакционное состояние, Прозрачный ствиЭь ог4фсчаф и нанесение изолятопассивирующий слой обычно в толщину ров» т4цщрс кек укаэанные прозрачные составляет до примерно 300 А. диайеккр вращ е соли, Радиочастотное

Подходящими материалами для ласси- перемещюе ыафрякение подают в напывирующего слоя и прозрачными диэлект- лижельыу@ камеру с помощью радиочасрикамн являются субокись кремния

35 т ощнык элем тердо в. (БiО„, х -) двуокись титана, Si02, Усз райатво триодного напыления соокись церия, окись алюминия и нитрид дМвимт вО мную камеру, содержащую раа1вьианке»вьнув катодную мишень, куда

Относительные толщины намагничива- 0 поЮещают мет ьвический сплав. Сплав

40 емой аморфной пленки и прозрачного ра4Ю»пят, оседая его на подложке, диэлектрического слоя в трехслойной котэр чо иаиащемнг на анодном держателе структуре и промежуточного диэлект- по4ЬеащВ., Дна поддерживают при низрического слоя, противоотражательного ком ещрццц вельжем напряжении смещеМ слоя и аморфной пленки в четырехслой- ния.ве вКуееацншве к стенке камеры Ка45 ной структуре выбирают таким образом, тодк ю ццнцмеь еклаждают водой и под9 чтобы угол магнитооптического враще- ложку и@я4а@ щжвести во вращение с ния превышал угол вращения носителя помещью мццц щк приводных средств. б ез добавленных слоев диэлектрическо- Обычно меащц щнвенью и анодом устаго и/или противоотражательного покры- - нажвиванйг заСлонку, чтобы можно п о50 P тий. Этот выбор можно сделать, ис- изжщиъь реааылительную чистку подпользуя известные оптические соотно- ломки. Ир@жяочеительыым является тришения. Относительные толщины предпо- одвт напьуьемюае в магнитном поле, при чтительно выбирают таким образом, ковелем меещ термоионным катодом и чтобы получить отражательную способ- анащви цри@ведывают магнитное пол

55 е, ность носителя записи не менее 307. чтабы ерреЩй»ать электроны в плазме по длине волны записи. иожшвацнанвюге газа и не давать им

Характеристический угол вращения пощщеаь не щьщпожку, где электронная предлагаемых магнитооптических носи- бомбе рдщвеама может вызвать нагрев.

1503689

Сама по себе напылительная камера изготовлена из нержавеющей стали.

При работе напылительную камеру обычно откачивают до некоторого пер5 воначального фонового давления (например, 4 10 торр), после чего подают распыпительный газ (аргон), Обычно подложку очищают предварительным распыпением или распылительным травлени- 1р ем в течение примерно 60 с при напряжении смещения примерно 300 В. Подложку подвергают воздействию потока

I атомов из мишени после того, как достигнуты заранее заданные условия на- 15 пыления. Скорость напыления магнитооптиче ской пленки обычно со ставляет о

0,5 — 4,0 Л/с в случае тройного сплава гадолиния — тербия - железа, Тонкопленочную термопару располагают 20 вблизи анодного держателя подложки, чтобы измерять примерную температуру подложки и равновесной плазмы.

Более высокий вакуум триодного устройства приводит к получению тон- 25 ких пленок большей плотности и с большим показателем преломления, чем известные магнитооптические пленки.

Характер магнитооптической пленки на ее поверхности может отличаться 30 от объемных свойств пленки, Это особенно проявляется при сравнении результатов измерений коэрцитивности для поверхности и объема непассивированной пленки, Найдено, что коэрцитивность Н может изменяться на порядок величины в некоторых случаях. Эти изменения особенно важны в оптической системе памяти, поскольку взаимодействие считывакицего оптичес- 40 кого луча и запоминаюцих материалов на основе редкоземельных элементов переходных металлов происходит в о первых 150 — 200 А пленки, Предполагают, что окисление редкоземельного 45 эл емента я вл яет ся 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» произ— водят с помощью Оже — электронной спектроскопии и масс-спектрометрии вторичных ионов. Результаты показа-. ли, что уровень кислорода в пленке

Gd — Tb - Fe составляет менее одного атомного процента. Химический анализ с помоцью электронной спектроскопии показал, что пленки Si0 нанесенные поверх пленок Gd — Tb — Fe, имеют х в пределах 1,2 — 1,6 или содержание кислорода составляет 55 — 62 ат,Х, Глубинный профильный анализ показал, что содержание кислорода в пленках

Gd — Tb — Fe примерно в 200 раз меньше, .чем в SiO или составляет примерно 0,3 ат.7., Пример. В качестве подложки используют полированный алюминиевый диск с полимерной подкладкой, имеюций диаметр 30 см. Этот диск изготавливают путем покрытия полированного алюминиевого диска, который предварительно очицен полимером (например, стирол — бутадиеновым полимером), Раствор полимера (например, содержащий примерно 47 твердых веществ в растворителе с т.кип. свыше

140 С) наносят на диск при одноврео менном 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 адгеэировать 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 аргоыа, 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 нуклеации и адгезии, толциной примерно 40 А.

Другими подходяцими первичными материалами могут быть окислы титана, тантала и алюминия.

Поверх этого путем вакуумного резистивного испарения при фоновом дав-6 ленни примерно 2 ° 10 торр наносят отражающий слой меди толщиной примерно о

1000 А. Полученную таким образом подложку очищают распылительным травлением в течение примерно 60 с при напряжении смецения около 300 В в присутствии аргона. Промежуточную стеклянную пленку из субокиси кремния

1503689

$10 осаждают из дымового источника моноокиси кремния до толщины примерно

250 А путем напыления.

Способ триодного напыления исполь5 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 торр, и нанесение пленки тройного сплава осуществляют при смещении подложки около 300 В и смещении мишени примерно 300 В. Скорость нанесения находит- 15 е ся в пределах 2,5 — 3 А/с, а конечная толщина пленки составляет примерно

285 А. Стеклянное покрытие толщиной примерно 1360 А наносят из источника дыма Sip„ npv давлении вакуума ниже 2р примерно 9,0 10 торр, Мишень из сплава, которую исполь3уют для получения магнитооптической пленки, представляет собой мозаичный набор нужных компонентов. Конечный 25 состав нанесенных пленок определяют по энергетической дисперсии с помощью рентгеновской флуоресцентной спектроскопии. Состав полученного образца 34-!95 согласно определению 3р содержит, ат.Е: гадолиний 6,5; тербий 10,0 и железо 83,5.

В таблице указаны различные магнитооптические свойства предлагаемого образца 34-195 и приведено срав35 нение их с известными магнитооптическими носителями. Все данные для образца 34-195 записаны и считаны при радиусе диска 115 мм.

Поскольку записанные элементы ин- 40 формации очень малы, частицы пыли диаметром всего несколько микрон могут создать препятствия на поверхности магнитооптического носителя, препятствующие записи сигналов или 45 мешакщие 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, пассивируюций слой, диэлектрический слой трехслойного носителя либо противоотражательный слой четырехслойного 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, отражающая поверхность либо прозрачная подлож" ка, магнитооптическая пленка, диэлектрик, отражающая поверхность; а для четырехслойного носителя — прозрачная подложка, противоотражательный слой, магнитооптическая пленка, промежуточный слой, отражакицая 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 следующая структура:

Полиметилметакрилатная подложка, мм 1,2

SiO -противоотражах тельный слой, А

Магнитооптический слой, А 275

SiO -промежуточный диэлектрический о слой, А 270

CrO„-ïåðâè÷íûé слой, А 30-100

Медный отражающий о слой, А 1250

8 Ох 1200

400

Двусторонний носитель записи можно изготовить, склеивая вместе два указанных носителя на поверхностях отражакицего металлического слоя или последнего указанного слоя SiO, с тем, чтобы защитные полиметилметакрилатные подложки были направлены наружу, Таким образом, слой 8 0 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 текноложди инк.", Уотертаун, Массачусетс /Ероху

Technology, Zng, l2

ll 1 50

Для односторонней структуры предпочтительно приклеивать защитный лист к поверхности укаэанного слоя SiO .

Этот защитный лист может быть сделан иэ того же самого материала (напри.мер, иэ полииетилметакрнпата) и иметь толщину, как у ранее указанной подложки. Клей, используемый для приклеивания защитного покрытия к, носителю записи, может быть аналогичным указанному. Это защитный лист предохраняет носитель от повреждения при обращении с нии.

В любом случае прозрачный защитный 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 информации так же, как и известных основана на териомагнитной записи и нераэрушающем магнитооптическом считывании информации.

Стирание можно осуществить записывая новую информацию на старых частях носителя. либо подвергая любой данный элемент информации воздействию лазерного луча достаточной интенсивности с последукщим охлаждением этого элемента информации в присутствии магнитного поля, ориентированного в направлении первоначально приложенного магнитного поля. Всю записанную информацию можно стереть целиком, приложив большое магнитное смещакицее поле в первоначальном направлении насыщения, для чего не нужен лазерный луч. Обычно в процессе записи внешнее сиещакщее магнитное поле создают с помощью магнита, установленного сверху или снизу магнитооптического носителя, а в процессе стирания изменяют

3689 направление магнита на противоположное. формула изобретения

1. Магнитооптический носитель информации, содержащий подложку,, на которой расположены первый прозрачный диэлектрический слой, доменосодержащая аморфная пленка с магнитной анизотропией, перпендикулярной поверхности пленки, второй прозрачный диэлектрический слой, прозрачный защитный слой и отражакщий слой, расположенный либо между подложкой и первым прозрачным диэлектрическим слоем, либо на стороне второго диэлектрического слоя, противоположной по отношению к доиеносодержащей аморфной пленке, отличающийся теи, что, с цельк повышения отношения сигнал/шум при считывании информации, доменосодержащая аморфная пленка выполнена из сплава по меньшей мере одного редкоземельного элемента иэ группы гадолиний-тербий-диспрозий и, по .меньшей мере одного переходного металла из группы железо-кобальт-хром толщиной (0,5-20) 10 и с размераии доменов

-Ь (О, 1-5) l O и, с углом магнитооптического вращения плоскости поляризао ции не менее 1, а прозрачные диэлектрические слон выполнены толщиной (3-20) 10 м с показателем преломления света не менее 1,2.

2. Носитель информации по п. 1, о т л н ч а ю шийся тем, что содержание редкоземельного элемента и переходного металла в доиеносодержа40 щей аморфной пленке составляет соответственно 16 — 35 и 84 — 65 ат,X.

3. Носитель информации по п..l, отличающийся теи, что подложка и прозрачный защитный слой

45 выполнены s одном саое

1503689

СэоЯстэа

Понаэателн дла обраэца иэээстного

Иомиость эапнс. лаэера, иВт

6 5

Вплоть до

2 2 2 2 2

2,5

600 600 600 600 600 600 600

30 30 30 30 30

2,0 2,0 2,0 2,0 2>0

30

ЭО ЭО

2,S 2,5

30 30

2,0

2,5 2>$2

2,0

44 40

160 140 140 140

1350 1350 )350 IЭ50

118 118 118 118 1!8 118 118

780

780 780 780 780 780 760

720

Составитель Ю.Розентапь

Техред М.Дидь!к

Корректор И.Муска

Редактор И>Шулла

Заказ 5088/59 Тирал 558 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытинм при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. У!Вгород, ул. Гагарина, 101

Частота эапнсн> ф!

Поле магнитного сиада нмл, эрстед

Частота раэрем. полоc4l пропусмй к>л

Намность счнт. лаэера, и>>!

Отновемне си г н ал /э>у н, дВ

Точка лоипамс., эс

Скорость диска, об/>а>н

6>0 7 ° О 8 О 9 ° О 1040 ll>0 12 О 6 6

ЯЭ>4 49 ° 2 50>5 51 ° 5 52 ° 2 52 ° 4 52 ° 7 40 40