Магнитооптический носитель информации

НТУ й стн, Цел ьюовышецце отцо У их запоминзобретения яетс счит чеек шения сиг м и дции агнитооп ожку, на котющий слой,со М 3 нг энд Мануфакчуложены отражд рдчный диэлек сии я аморфн а 1 снк содержащной ани и,аренд ерхности пленк вто О може ситель информац и так, что подло щитный слой объе капр ы в ице 10 си теля ымдгнн гноетаоптцз,п,итооптцчес 1 основана на та маг нформацаписи разрушающем магии ывании информации ческом счи ф-лы, 1 та ыть исполь ван тнои анизо к вы чц слиыть цсполь ой поверхност ачный диэлектр троенци сгнитоопт зовано ражательныи)ой, Отражающирасположен м гв, яется по етения явл игнал ша рн сч цэлектриче тнь тель ин р ель информ й ыйносицен на котор слой, перв цй слой,пленка стак,ный слой агОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯРИ ПНТ СССР ОПИСАНИЕ(71) Миннесота Майинринг Компани (1 Б)(72) Роберт Поул Фриз, Лесли ХарольдДжонсон, Томас Апан Райнхарти Ричард Ниль Гарднер (Ц 8)(56) Заявка Японии У 56-143547,кл. С 11 С 11/4, опублик, 1981,1 шашцга ег а 1. ТЬе дече 1 оршепг оГша 8 пего - орг 1 с Д 1 з 1 тешогу АСЬ зеш 1 сопйосгог 1 азегз. КР 0 КезеагсЬ апдРече 1 оршепг 1.аЬ., То 1 уо, .1 арап,(54) МАГНИТООПТИЧЕСКИЙ НОСИТЕЛЬ ИНФОРМАЦИИ(57) Изобретение относится к вычислит ел ьной те хни ке и може т б и построении магнитооптич Изобретение относитселькой технике и может ких запоминающих ус Целью изобрение отношения с / ум нии информации.Магнитооптический нос мации содержит подложку, расположены отражающий прозрачный диэлектрическ меносодержащая аморфная.ЯО 350368 ындши цнцй носит".л ь ороц рдспоервий прозой, домецоа с магнитикулырцой й прозрачный тцвоотрдждцтный слой.ь также розрдчцым розрдчным тическцй поить выполнен зрачный заопном слое,диэлектрическии слои (про тельный) и прозрачцый здш тражающцй слой может быт расположен между вторым п диэлектрическим слоем и ц защитным слоем, Магнитооп пией, перпснднкулярпленки, второй нрозическцц слой (противо- и прозрачный защитный й слой может быть тдкежду вторым прозрачским слоем н прозрачоем. Магнитооптический ацци может быть иполподложка ц прозрачний бъединецы в одном сл е,такими, как напыление, испарение и набрызгивание с охлаждением, При набрызгивании с охлаждением горячая жидкость иэ компонент пленки падает 25 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 1 О до 2 10 торр; 40 предварительное распыление источника напыления материала, чтобы очиститььего поверхность; температуру подложоки 30 - 100 С и парциальное давление ар гона, 45 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 50 пространство между анодом и катодом,3 15036Доменосодержашая аморфная пленка выполнена из сплава по меньшей мере одного редкоземельного элемента из группы гадолиний - тербий - диспро 5 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 10ф 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 мельного элемента и переходного металла в пленке составляет соответственно 16 - 35 и 84 - 65 ат.Х.Магнитооптические аморфные тонкие пленки можно изготовить известными 20 способами нанесения тонких пленок 89осаждаясь или конденсируясь на подложкеМожно испольэовать многие пленочные подложки. Их можно изготовитьиз любого материала, обладающего стабильностью размеров, чтобы свести доминимума 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 аморфнуюпленку наносят на отражающую поверхность, то ее магнитооптическое вращение увеличивается благодаря сложениюэффекта 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 503 (предпочтительно 707) 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 слойСама по себе напылительная камера изготовлена из нержавеющей стали,При работе напылительную камеруобычно откачивают до некоторого пер 5воначального фонового давления (например, 4 1 О торр), после чего подают распыпительный газ (аргон), Обычноподложку очищают предварительным распылением или распыпительным травлением в течение примерно 60 с при напряжении смещения примерно 300 В, Подложку подвергают воздействию потока1атомов из мишени после того, как дос-тигнуты заранее заданные условия напыления, Скорость напыления магнитооптической пленки обычно составляето0,5 - 4,0 Л/с в случае тройногосплава гадолиния - тербия - железа,Тонкопленочную термопару располагают 20вблизи анодного держателя подложки,чтобы измерять примерную температуруподложки и равновесной плазмы.Более высокий вакуум триодногоустройства приводит к получению тонких пленок большей плотности и сбольшим показателем преломления, чемизвестные магнитооптические пленки,Характер магнитооптической пленкина ее поверхности может отличаться 30от объемных свойств пленки, Этоособенно проявляется при сравнениирезультатов измерений коэрцитивностидля поверхности и объема непассивированной пленкиНайдено что коэрцитивность Но может изменяться напорядок величины в некоторых случаях, Эти изменения особенно важны воптической системе памяти, посколькувзаимодействие считывакзцего оптического луча и эапоминаюцих материаловна основе редкоземельных элементовпереходных металлов происходит вопервых 150 - 200 А пленки, Предполагают, что окисление редкоземельного 45элемента является основной причинойизменения характеристик тонкой пленки на поверхности, Покрывая пленкуредкоземельного элемента - переходного металла пассивирующим слоем,можно практически исключить изменение характеристик со временем,Глубинное профилирование элементов в образце предлагаемого носителяс пленкой иэ сплава Сс 1 - ТЬ - Ре,покрытой сверху стеклом Я 10, производят с помощью Оже - электроннойспектроскопии и масс-спектрометриивторичных ионов. Результаты показа-. ли, что уровень кислорода в пленкеСй - 1 Ь - Ге составляет менее одногоатомного процента, Химический анализс помоцью электронной спектроскопиипоказал, что пленки 810, нанесенныеповерх пленок Сй - ТЬ - Ре, имеют хв пределах 1,2 - 1,6 или содержаниекислорода составляет 55 - 62 ат,Е,Глубинный профильный анализ показал,что содержание кислорода в пленкахСй - 1 Ь - Ре примерно в 200 разменьше, чем в 80, или составляетпримерно 0,3 ат7.,П р и м е р. В качестве подложкииспользуют полированный алюминиевыйдиск с полимерной подкладкой, имеюций диаметр 30 см. Этот диск изготавливают путем покрытия полированного алюминиевого диска, которыйпредварительно очицен полимером 1 например, стирол - бутэдиеновым полимером), Раствор полимера (например,содержащий примерно 47 твердых веществ в растворителе с т.кип, свыше140 С) наносят на диск при одновреоменном его вращении, Растворительиспаряют, получив тонкий полимерныйподкладочный слой. Функция подкладочного слоя заключается в полученииочень гладкой поверхности для записи.Полимер должен смачивать поверхностьалюминия и адгеэировать к ней.Диск с подкладкой покрыт первичным слоем из окиси хрома (чтобы способствовать адгезии отражающего слояк подложке) с помощью магнетронногонапыления с использованием мишени изхрома в атмосфере аргоыа, водяногопара и воздуха, Напыление окиси хромаосуществляют в течение примерно1-2 мин при токе мишени примерно500 мА и при Фоновом рабочем давлениипримерно 2 1 О 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 ленни примерно 2 10 торр наносят отражающий слой меди толщиной примерноо1000 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 кремнияЯ 1.0 Осаждают из дымового источникамоноопкиси кремния до толщины примерно250 А путем напыления,Способ триодного напыления исполь 5зуют затем для покрытия подготовленной подложки сплавом гадолиния, тербия, железа. Газообразный аргон высокой чистоты напускают в устройствотриодного напыления, чтобы получитьфоновое давление примерно 1,2 10 торр,и нанесение пленки тройного сплаваосуществляют при смещении подложкиоколо 300 В и смещении мишени примерно 300 В, Скорость нанесения находитфся в пределах 2,5 - 3 А/с, а конечнаятолщина пленки составляет примерно285 А. Стеклянное покрытие толщинойпримерно 1360 А наносят из источникадыма ЯО при давлении вакуума ниже 20примерно 9,010 торр,Мишень из сплава, которую используют для получения магнитооптическойпленки, представляет собой мозаичныйнабор нужных компонентов. Конечный 25состав нанесенных пленок определяютпо энергетической дисперсии с помощью рентгеновской Флуоресцентнойспектроскопии. Состав полученногообразца 34-95 согласно определению 30содержит, ат.Е: гадолиний 6,5; тербий 10,0 и железо 83,5.В таблице указаны различные магнитооптические свойства предлагаемого образца 34-195 и приведено срав 35нение их с известными магнитооптическими носителями, Все данные дляобразца 34-195 записаны и считаныпри радиусе диска 115 мм.Поскольку записанные элементы информации очень малы, частицы пылидиаметром всего несколько микрон могут создать препятствия на поверхности магнитооптического носителя,препятствующие записи сигналов или 45мешакщие считыванию записанных сигналов. Чтобы обойти это препятствие,на магнитооптический носитель записинаносят прозрачный защитный покрывающий слой. Обычно он имеет толщинуне менее 1,2 мм и может охватыватьнамагничиваемую аморфную пленку,пассивируюций слой, диэлектрическийслой трехслойного носителя либо противоотражательный слой четырехслойного носителя.Его можно даже использовать вместо подложки, если слои наносить вобратном 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, отражаацая 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:Полиметилметакрилатнаяподложка, мм 1,2ЯО -противоотражахтельный слой, АМагнитооптическийслой, А 275ЯО -промежуточныйдиэлектрическийослой, А 270СгО-первичный слой, А 30-100Медный отражающийослой, А 1250Я 10 х, А 1200 400 Двусторонний носитель записи можно изготовить, склеивая вместе два указанных носителя на поверхностях отражающего металлического слоя или последнего указанного слоя Я 10, с тем,чтобы защитные полиметилметакрилатныеподложки были направлены наружу, Таким образом, слой ЯО 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, которыемогли бы вызвать деформации или капельные выступы в носителе. Он должен хорошо связываться со стеклом ипластиками и должен обладать низкойусадкой при отверждении и старении,Подходящим клеем является эпоксидныйклей Еро - ТеМ 301 2-часть, изготавливаемый фирмой Эпокси текнолождиинк,", Уотертаун, Массачусетс /ЕрохуТесЬпо 1 ояу,12 1 О 15 20 25 30 35 1150Дпя односторонней структуры предпочтительно приклеивать защитный листк поверхности укаэанного слоя ЯдО.Этот защитный лист иоает быть сделаниэ того ае самого материала (напри.мер, из полииетилметакрипата) и иметьтолщину, как у ранее указанной подложки. Клей, используемый для приклеивания защитного покрытия к, носителю записи, может быть аналогичнымуказанному. Это защитный лист предохраняет носитель от поврежденияпри обращении с нии.В любом случае прозрачный защитныйслой может представлять собой листпроницаемого материала такого, какстекло или пластик с низкой теплопроводностью такой, как полиметилме"такрилат, Защитный покрывающий слойтакае может иметь подкладку,Работа предлагаемого магнитооптического носителя информации так же,как и известных основана на териомагнитной записи и нераэрушающем магнитооптическом считывании информации.Стирание моано осуществить записывая новую информацию на старых частяхносителя. либо подвергая любой данный элемент информации воздействиюлазерного луча достаточной интенсивности с последукщим охлаждением этого элемента информации в присутствиимагнитного поля, ориентированного внаправлении первоначально приложенного магнитного поля. Всю записаннуюинформацию моано стереть целиком,приложив большое магнитное смещакицееполе в первоначальном направлениинасыщения, для чего не нужен лазерныйлуч. Обычно в процессе записи внешнеесиещакщее магнитное поле создают спомощью 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, доменосодераащая аморфная пленка с магнитной анизотропией, перпендикулярной поверхности пленки, второй прозрачный диэлектрический слой, прозрачный защитный слоЯ и отрааакщий слой, располоаенный либо между подложкой и первым прозрачным диэлектрическим слоем, либо на стороне второго диэлектрического слоя, противоположной по отношению к доменосодержащей аморфной пленке, отличающийся теи, что, с цельк повышения отношения сигнал/шум при считывании информации, доменосодераащая аморфная пленка выполнена из сплава по меньшей мере одного редкоземельного элемента из группы гадолиний-тербий-диспрозий и, по меньшеймере одного переходного металла из группы железо-кобальт-хром толщиной (0,5-20)10 и с размераии доменов(0,1-5) 10 м, с углом магнитооптического вращения плоскости поляризаоции 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 щ и й с я тем, что содержание редкоземельного элемента и переходного металла в доиеносодержащ 0 щей аморфной пленке составляет соответственно 16 - 35 и 84 - 65 ат,Х,3. Носитель информации по п.,1,о т л и ч а ю щ и й с я теи, чтоподложка и прозрачный защитный слой 15 выполнены в одном слое.503689 СвоЯства Покаэателн дла обраэца иэвэстного Нощность эапнс,лаэера, иВт 6 5 Вплотьдо 2 2 2 2 2 2,5 600 600 600 600 600 600 600 ЭО 30 30 30 30 302,0 2,0 2,0 2,0 20 30 30 ЭО ЭО 2,5 2,5 30 ЭО 2,0 2,5 2,5 2 2,0 44 40 40 160 140 140 1401350 1 Э 50 1350 1 Э 50 18 1818 118 88 118 780 780 780 780 780 780 780 720 Сост авител ь Ю, Роз ент ап ьТехред М.Дидык Корректор И.Муска Редактор ИШулла Заказ 5088/59 Тирал 558 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытинм при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г.уагород ул. Гагарина, 101 Частота эаписи, фПоле магнитного сиефаинаэрстедЧастотараэреа, полоса пропускалиНоеиость счит. лаэера, иЪ Отиоаеииесигнал/иун дВточка лоипаис.фсСкорость диска, об/аи 6,0 7,0 8,0 9,0 10 0 110 2,0 8 6 43,4 49,2 50,5 51,5 52,2 52,4 52,7 40 40