DE3836838A1

DE3836838A1 - Photomagnetisches aufzeichnungsmedium mit nicht-saeulenfoermiger struktur

Info

Publication number: DE3836838A1
Application number: DE3836838A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Ito; Tsunehiro Tsukagoshi; Masahiko Naoe
Original assignee: Pioneer Electronic Corp
Current assignee: Pioneer Corp
Priority date: 1987-10-30
Filing date: 1988-10-28
Publication date: 1989-05-11
Also published as: GB2211861B; GB8823948D0; DE3836838C2; GB2211861A; JPH01118240A; JP2673807B2; US5135819A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein photomagnetisches Speichermedium in Form eines amorphen dünnen Legierungsfilmes.

Amorphe, dünne Legierungsfilme aus Seltenerd-Übergangsmetallen sind in löschbaren photomagnetischen Speichermedien bereits verwendet worden. Insbesondere weist eine amorphe Legierung aus Terbium, Eisen und Kobalt (TbFeCo), wenn sie magnetisiert wird, einen annehmbaren photomagnetischen Effekt und eine große vertikale magnetische Anisotropie, die senkrecht zur Filmebene angeordnet ist, auf. Daher ist die amorphe Legierung aus TbFeCo als ein vorteilhaftes photomagnetisches Speichermedium betrachtet worden.

Die Verfahren zur Bildung eines solchen dünnen Filmes umfassen die Vakuumdeposition und das Sputtern (Versprühen). Insbesondere das Sputtern wird weithin verwendet, weil es zu einer guten Adhäsion zwischen einem Substrat und dem darauf gebildeten dünnen Film führt.

Das Sputtern ist ein Verfahren, in dem versprühte Atome, die aus einem Feststoff in dem Raum extrahiert werden, sich infolge eines Austausches eines Momentes auf einem Substrat aufbauen, wenn die beschleunigten Teilchen auf die Oberfläche des Feststoffes prallen, und so einen Feststoff bilden.

Ein amorpher, dünner TbFeCo-Legierungsfilm, der beispielsweise mit einer Magnetron-Sputtervorrichtung, wie in Fig. 13 gezeigt, erhalten wird, wird aus einer Ausgangsschicht und einem säulenförmigen Kristallnetz und Feinteilchen gebildet (Fig. 7). Diese Magnetron-Sputtervorrichtung ist eine Dioden-Sputtervorrichtung, deren Sputterquelle modifiziert ist. Wie in Fig. 13 gezeigt wird, ist ein Magnet 8 unter einem Target 5 angeordnet, um ein tunnelförmiges magnetisches Feld von 0,02 bis 0,05 T (200 bis 500 Gauß) zu bilden. Elektronen e werden innerhalb des magnetischen Feldes gefangen und drehen sich dann in einer spiralförmigen Weise über dem Target entlang dem magnetischen Feld und erzeugen ein Ar-Gasplasma. Die Teilchen des Ar-Plasmas kollidieren mit dem Target, um so gesputterte Atome zu erzeugen. Die Bildung einer säulenförmigen Kristallstruktur eines TbFeCo-Films durch Sputtern ist bis jetzt nicht vollkommen erklärt. Es wird allgemein angenommen, daß dieser Film vom Volmer-Weber-Typ ist. Es wird angenommen, daß das säulenförmige Kristallwachstum um Kerne herum stattfindet, die an einer Adsorptionsstelle mit einer infolge der Bewegung der sputternden Atome auf der Oberfläche des Substrates großen Adsorptionsenergie von Atomen erzeugt werden. Die Anzahl der Stellen ist viel geringer als die Anzahl der Oberflächenatome. Daher ist die Struktur des dünnen Filmes zu einem frühen Zeitpunkt der Niederschlagung des dünnen Filmes inselähnlich oder fleckenähnlich (Fig. 12a). Wenn das Substrat amorph ist, ist die Oberfläche mit der höchsten Dichte von Kristallen in vielen Fällen parallel zu der Oberfläche des Substrates. Wenn jede Korngrenzlinie sich vom Substrat bis zur oberen Oberfläche des Filmes erstreckt, dann wird eine säulenförmige Kristallstruktur erzeugt. Wenn die Breite der Inseln zunimmt und die benachbarten Inseln berührt werden, hört das laterale Wachstum der Inseln auf (Fig. 12b). Obwohl die Seitenoberflächen der Inseln normalerweise verschieden voneinander sind, kann eine Neuanordnung nur schwer geschehen, wenn die Beweglichkeit der kondensierten gesputterten Atome gering ist. Daher werden die Korngrenzlinien so gebildet, wie sie sind. In Anbetracht der Tatsache, daß es Lücken zwischen den Inseln gibt, wird angenommen, daß die gesputterten Atome aus dem Raum oberhalb der Inseln ankommen, aber tatsächlich sind die Entladungs-Ar-Gasatome in zufälligen Richtungen verteilt. Daher nimmt die Anzahl gesputterter Atome, die in Richtungen schräg zu der normalen Richtung zum Substrat vorkommen, zu. Diese Inseln stören die Atome, die andernfalls in die beschatteten Anteile der Inseln oder die Lücken zwischen den Inseln gehen würden (Schattierungseffekt). Aufgrund dieses Effektes wachsen die größeren Teile der Inseln disproportional, und so werden säulenförmige Kristalle gebildet (Fig. 12c). Das Verhältnis der Anzahl der Atome des Entladungs-Ar-Gases zur Anzahl der gesputterten Atome steigt folglich und so ist schließlich die Anzahl der Atome des Entladungs-Ar-Gases erhöht, die durch die Korngrenzlinien eingefangen werden, wodurch Leerstellen zusätzlich zu den gewöhnlichen Korngrenzlinien erzeugt werden. Es wird auf "Sputtering Phenomena" von Akira Kanahara, Tokyo University Publishing Comittee, hingewiesen.

Von den folgenden Faktoren wird angenommen, daß sie zur Bildung der säulenförmigen Kristallstruktur beitragen.

1) Das Wachstum dünner Filme ist vom Volmer-Weber-Typ.
2) Das Wachstum der Faserstruktur oder in epitaxialer Orientierung erfolgt leicht und nimmt schnell in einer bestimmten Richtung zu.
3) Die Wanderung und Diffusion der kondensierten gesputterten Atome ist annehmbar gering.
4) Die Atome erreichen das Substrat infolge der Entladungs-Gasatome aus zufälligen Richtungen, und verursachen den Schattierungseffekt.

Es wird angenommen, daß eine Einheit des dünnen Filmes mit säulenförmiger Kristallstruktur, die infolge der oben erwähnten Faktoren gebildet wird, dazu beiträgt, den photomagnetischen Effekt und die magnetische Anisotropie zu verursachen, in der die Magnetisierung des dünnen Filmes senkrecht zu seiner Oberfläche ausgerichtet ist.

Wenn die photomagnetische Speicherschicht aus einem amorphen dünnen Legierungsfilm mit solch einer säulenförmigen Kristallstruktur gebildet ist, reichen die photomagnetischen Eigenschaften immer noch nicht für ein photomagnetisches Speichermedium aus. Daher wird die photomagnetische Speichereigenschaft durch Zusetzen anderer Elemente zu der Legierung zu einem Multi -Elementfilm oder indem ein schützender Film mit einem verstärkenden Effekt über dem Legierungsfilm für eine vielschichtige Konstruktion zur Verfügung gestellt wird, verbessert. Obwohl die amorphen dünnen Legierungsfilme solcher Seltenerd-Übergangsmetalle, die Feinstruktur ihrer dünnen Filme, und die chemischen, magnetischen und magneto-optischen Eigenschaften untersucht worden sind, ist ein photomagnetisches Speichermedium mit einem angemessenem CN-Verhältnis praktisch noch nicht entwickelt worden. Außerdem sind deren photomagnetische Eigenschaften bis jetzt nicht ausreichend stabil, da die Seltenerd-Übergangsmetalle sehr leicht oxidiert werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein optisches magnetisches Speichermedium mit guten photomagnetischen Merkmalen und Stabilität gegenüber äußeren Einflüssen zur Verfügung zu stellen.

Erfindungsgemäß wird ein photomagnetisches Speichermedium bereitgestellt, das einen photomagnetischen dünnen Film mit einer nicht säulenförmigen Struktur hat und aus einer amorphen Seltenerd-Übergangsmetall-Legierung zusammengesetzt ist. Mit einem der vorliegenden Erfindung entsprechenden photomagnetischen Speichermedium wird auf einem Substrat ein dünner Film aus einer amorphen Legierung mit einer nicht-säulenförmigen Struktur oder einer Struktur, die im allgemeinen eine gleichmäßige Dichte und weniger Oberflächenprofil hat, gebildet.

Figurenbeschreibung

Fig. 1 ist eine allgemeine Querschnittsansicht einer Counter-Target Sputtervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 und Fig. 3 sind allgemeine Querschnittsansichten anderer Ausführungsformen einer Counter-Target Sputtervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4a und Fig. 4b sind allgemeine Querschnittsansichten, um den Betrieb der Counter-Target Sputtervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zu zeigen;

Fig. 5 ist eine allgemeine, vergrößerte perspektivische Teil-Ansicht eines erfindungsgemäßen magnetischen Speichermediums;

Fig. 6 und Fig. 7 sind allgemeine, vergrößerte perspektivische Teil-Ansichten gebräuchlicher photomagnetischer Speichermedien;

Fig. 8a ist eine von einem Mikrodensitometer erhaltene graphische Darstellung der Feinstruktur eines amorphen dünnen Legierungsfilmes, der mit Magnetron-Sputtervorrichtungen erhalten wurde, und die Fig. 8b und 8c sind mit einem Mikrodensitometer erhaltene graphische Darstellungen dieser Feinstrukturen von einem amorphen dünnen Legierungsfilm, der durch eine Magnetron-Sputtervorrichtung erhalten wurde;

die Fig. 9a bis 9c sind vergrößerte Ansichten der Spitzenteile in den Fig. 8a bis 8c;

Fig. 10 ist eine graphische Darstellung der Veränderung des Kerr-Rotationswinkels des photomagnetischen Speichermediums in Abhängigkeit von der Menge des in dem dünnen Film enthaltenen Terbiums;

Fig. 11 ist eine graphische Darstellung der Veränderung des CN-Verhältnisses des photomagnetischen Speichermediums in Abhängigkeit von der Länge eines Bits;

Fig. 12 ist eine allgemeine Querschnittsansicht der Wachstumsstufen eines amorphen dünnen Legierungsfilmes während des Sputterns;

Fig. 13 ist eine allgemeine Querschnittsansicht einer Magnetron-Sputtervorrichtung im Betrieb.

In einem Experiment wurde festgestellt, daß, obwohl einem solchen dünnen Film einer amorphen Legierung mit nicht-säulenförmiger Kristallstruktur die säulenförmige Struktur fehlt, er einen ausreichenden photomagnetischen Effekt und vertikal magnetisierende Merkmale sowie angemessene Stabilität gegenüber äußeren Einflüssen hat. Eine solche nicht-säulenförmige Kristallstruktur in einem dünnen Film einer amorphen Legierung wird mit einer Counter-Target Sputtervorrichtung, wie sie in Fig. 1 gezeigt wird, erhalten. Eine solche Vorrichtung wird aus einem hohlen, kreisförmigen zylindrischen Behälter gebildet, der an beiden Enden geschlossen ist, um einen Raum darin zu definieren. Dieser Behälter wird an seiner Seitenwand mit einem Zufuhrweg für ein inertes Gas, beispielsweise Ar, einer Vakuumpumpe zum Erzeugen eines negativen Druckes darin und einem Abzugsweg 3, der mit einer Diffusionspumpe in Verbindung steht, ausgerüstet. Zwei Sputterquellen 4 werden aus zwei hohlen zylindrischen Teilen 6 gebildet, deren Endanteile die beiden Targets 5 tragen. Die hohlen zylindrischen Teile 6 sind mit einem Kühlmittelweg versehen, um Wasser zum Kühlen zu zirkulieren. Die Targets 5 sind gegen die Sputterquelle 4 gesichert und sind mit einer Entfernung D voneinander parallel zueinander angeordnet.

Ein hohler zylindrischer permanenter Magnet 8 wird an der inneren Wand jedes hohlen zylindrischen Teiles 6 nahe dem Target 5 zur Verfügung gestellt. Jeder der permanenten Magneten 8 steht dem anderen mit den gegenüberliegenden Targets 5 dazwischen in einer solchen Weise gegenüber, daß die Polarität eines Magnetes der des anderen entgegengesetzt ist. Um die Sputterquellen 4 werden zwei Anoden 9 zur Verfügung gestellt, die von den Targets 5 isoliert und geerdet sind. Die hohlen zylindrischen Teile 6 und die Targets 5 werden mit einem negativen Potential von den jeweiligen externen Leistungsquellen 10 versorgt. Die Form des hohlen zylindrischen Teiles 6 wird dahingehend verändert, daß es einen quadratischen Querschnitt aufweist, wenn das Target 5 ein quadratisches Target ist. Entsprechend wird dann der permanente Magnet 8 innerhalb des Teiles 6 ebenso mit einem quadratischen Querschnitt gebildet. Wenn das Target 5 kreisförmig ist, dann werden das hohle zylindrische Teil 6 und der permanente Magnet 8 entsprechend mit kreisförmigem Querschnitt gebildet.

Ein Substrathalter 12 wird in einer solchen Weise angebracht, daß das Substrat 11 in einer Entfernung L von der Mittelachse der gegenüberliegenden Targets 5 parallel zu dieser Achse angeordnet ist und die flache Oberfläche des Substrates 11 dem Raum zwischen den beiden Targets 5 zugewandt ist. Der Substrathalter 12 ist ebenso mit einer Leitung 13 für zirkulierende Flüssigkeit zum Kühlen des Substrates ausgerüstet.

Eine andere Art, den Substrathalter 12 anzuordnen, ist in Fig. 2 gezeigt, in der eine Vielzahl von Substraten 11 und Substrathaltern 12 um den Raum, der zwischen den Sputterquellen 4 definiert ist, angeordnet sind, so daß die flachen Oberflächen des Substrates 11 dem magnetischen Fluß zugewandt sind.

Weiterhin kann der Substrathalter 12 eine drehbare Scheibe sein, wie es in Fig. 3 gezeigt ist. In diesem Fall werden eine Vielzahl von Substraten auf dem Substrathalter 12 befestigt und der Halter 12 dreht sich, so daß die Substrate 11 nacheinander der Sputterverdampfung ausgesetzt sind. Auf diese Weise ist es auch möglich, eine große Anzahl Substrate für die Filmherstellung anzuordnen.

In der Counter-Target Sputtervorrichtung, die bis jetzt beschrieben wurde, stellen die permanenten Magnete 8 eine ausreichend starke magnetische Kraft bereit. Beispielsweise wird die magnetische Feldintensität am Mittelpunkt zwischen den beiden Magneten entlang der Mittelachse der permanenten Magneten 8 mit 220 Gauß gewählt. Bei der Wahl eines permanenten Magneten 8 mit hoher magnetischer Kraft wird ein Plasma P, das durch die unterbrochene Linie in Fig. 4a gezeigt wird und im Raum zwischen den gegenüberliegenden Targets 5 erzeugt wird, in einem Verfahren, das Plasmakonvergenz genannt wird, in dem Raum konvergieren und die Substrate 11 nicht erreichen. Daher werden sich nur gesputterte Atome, die aus den Targets 5 extrahiert sind, auf der Oberfläche des Substrates 11 aufbauen, so daß der dünne Film auf dem Substrat 11 wachsen wird. Wenn auf diese Weise dafür gesorgt wird, daß das Substrat Plasma-frei ist, mischen sich keine Plasmateilchen in die niedergeschlagenen gesputterten Atome, wenn sich die gesputterten Atome aufbauen, wodurch eine niedergeschlagene Schicht oder ein dünner Film mit gleichmäßiger Qualität erzeugt wird. Weiterhin wird ein Erwärmen des Substrates und der niedergeschlagenen Schicht als Folge von γ -Elektronen oder ähnlichem in den Plasmateilchen verhindert, wodurch eine minimale Temperaturerhöhung des Substrates gesichert ist. Daher kann die Sputtergeschwindigkeit erhöht werden und es können ebenso Kunststoffsubstrate mit einer niedrigen Wärmebeständigkeit verwendet werden. Zusätzlich können, während die Sputtergeschwindigkeit im wesentlichen positiv mit der zwischen dem Target und der Anode angelegten Leistung, und im wesentlichen negativ mit dem Ar-Gasdruck korreliert, niedrigere Ar-Gasdrucke noch eine Emission von Sputteratomen mit der gleichen Menge der angelegten Leistung erzeugen, wodurch höhere Sputtergeschwindigkeiten bei gleicher angelegter Leistung erlaubt werden, um die Effizienz zu erhöhen. Auf der anderen Seite wird das Plasma in dem Fall, in dem permanente Magnete 8 mit schwächerer magnetischer Kraft gewählt sind, so daß die magnetische Feldintensität um den mittleren Teil der zentralen Achse des Magneten 160 Gauß beträgt, nicht angemessen konvergieren, und das Plasma wird die Substrate 11 erreichen, wie es durch die unterbrochene Linie in Fig. 4b gezeigt wird. Daher werden sich Plasmateilchen, beispielsweise Ar, in die niedergeschlagene Schicht mischen und die Bildung eines gleichmäßig dünnen Filmes stören. Weiterhin werden die Substrate durch γ -Elektronen erwärmt werden, wodurch eine hohe Sputtergeschwindigkeit nicht zugelassen wird.

Erfindungsgemäß wird die Sputtergeschwindigkeit ausreichend hoch gewählt, beispielsweise 100 nm/min, um einen amorphen dünnen Legierungsfilm mit nicht-säulenförmiger Struktur zu erhalten. Eine hohe Sputtergeschwindigkeit kann den Aufbau der gesputterten Atome eines nach dem anderen fördern, während die kinetische Energie der gesputterten Atome groß ist. Daher wird die Bildung säulenförmiger Kristalle durch die Vibration von Atomen in der niedergeschlagenen Schicht gestört. Die Feinstruktur des erfindungsgemäßen amorphen dünnen Legierungsfilmes mit nicht-säulenförmiger Struktur ist in Fig. 5 gezeigt. Das heißt, daß ein dünner Film ohne große Oberflächenunregelmäßigkeiten auf einem Substrat 11 erzeugt wird, auf dem Feinteilchen 22 der Legierung gleichmäßig verteilt sind.

Auf der anderen Seite ist die Filmstruktur eines gebräuchlichen amorphen dünnen Legierungsfilmes, der mit Magnetron-Sputtervorrichtungen erhalten wurde, wie in Fig. 7 gezeigt säulenförmig, wobei die Größe der Oberflächenunregelmäßigkeiten in der Größe von beispielsweise mehreren Nanometern in der Höhe liegt.

Weiterhin ist die Counter-Target Sputtervorrichtung im Bereich der Substrate nicht zuverlässig plasmafrei, wie es in Fig. 4b gezeigt ist. Die Feinstruktur des dünnen Filmes, die erhalten wird, während er dem Plasma ausgesetzt ist, hat immer noch Oberflächenunregelmäßigkeiten in der Größenordnung von mehreren Nanometern. Weiterhin ist die resultierende Dichte nicht gleichmäßig. Der dünne Film, der mit gebräuchlichen Magnetron-Sputtervorrichtungen erhalten wird, ist in Fig. 7 gezeigt und besteht aus einer Ausgangsschicht 20 über einem Substrat 11, einem säulenförmigen Kristallnetz 21 und Feinteilchen 22. Die Feinteilchen 22 sind relativ groß und haben eine ungleichmäßige Reliefstruktur auf der Oberfläche. Außerdem wird der dünne Film, der erhalten wird, während er dem Plasma ausgesetzt ist, in Fig. 6 gezeigt; er ist aus einem säulenförmigen Kristallnetz 21 und den Feinteilchen 22 gebildet, aber er hat nicht die Ausgangsschicht. Der im Gegensatz dazu unter plasmafreien Bedingungen erhaltene dünne Film wird in Fig. 5 gezeigt; er hat keine säulenförmige Kristallstruktur, sondern eine nicht-säulenförmige Kristallstruktur, die nur aus Feinteilchen 22 besteht, die sehr klein sind. Es wurde festgestellt, daß ein amorpher dünner Film ohne säulenförmige Struktur, der bei einer hohen Sputtergeschwindigkeit auf einem plasmafreien Substrat erzeugt wird, ein hohes CN-Verhältnis hat und effektiv korrosionsbeständig ist.

Darüberhinaus ist der Oberflächenzustand des Filmes gleichmäßiger, da der Film keine säulenförmigen Strukturen hat, was die geringste Abnahme des Kerr-Rotationswinkels infolge von Laserlicht oder ähnlichem sichert. Weiterhin erniedrigt die verringerte Oberfläche (unit surface area) den Wechsel der Reaktion infolge des Kontaktes mit Luft, und erhöht so die Witterungsbeständigkeit. Mit der Counter-Target Vorrichtung wird das Anprallen von Ionen oder das Anprallen von -Elektronen auf den wachsenden Film durch eine effektive Plasmakonvergenz limitiert. Auf diese Weise wird die Counter-Target Sputtervorrichtung einen plasmafreien Zustand bereitstellen, nämlich einen Zustand, in dem das Plasma zwischen einem Paar von Counter-Targets durch ein magnetisches Feld begrenzt ist. Daher ist das Substrat nicht dem Plasma ausgesetzt und die Filmbildung kann auf dem Substrat bei einer niedrigen Temperatur und einer hohen Sputtergeschwindigkeit durchgeführt werden. Der dünne TbFeCo-Film, der durch die Counter-Target Sputtervorrichtung erzeugt wird, hat eine amorphe Struktur hoher Dichte und eine säulenförmige Struktur. Dieser Film kann senkrecht zur Filmoberfläche magnetisiert werden. Die Konvergenz des Plasmas durch die Counter-Target Sputtervorrichtung kann leicht gesteuert werden, wenn das magnetische Feld wie gezeigt eingestellt wird. Eine annehmbare Konvergenz des Plasmas kann einen gleichmäßigen und stabilen dünnen Film aus TbFeCo ohne eine klare säulenförmige Kristallstruktur auf einem Substrat unter plasmafreien Bedingungen erzeugen.

Wie vorstehend beschrieben, kann erfindungsgemäß durch eine photomagnetische Speicherschicht mit einem photomagnetischen dünnen amorphen Seltenerd-Übergangsmetallfilm ein photomagnetisches Speichermedium mit einem hohen CN-Verhältnis erhalten werden, das witterungsbeständig ist.

Es wurden Experimente mit einer gebräuchlichen Magnetron-Sputtervorrichtung und einer Counter-Target Sputtervorrichtung unter den Sputterbedingungen durchgeführt, die in Fig. 1 und Tabelle 2 gezeigt sind, um 1. Feinstruktur, 2. Witterungsbeständigkeit und 3. opto-magnetische Eigenschaften der dünnen TbFeCo-Filme zu vergleichen, die bei verschiedenen Sputtergeschwindigkeiten und magnetischen Feldintensitäten erzeugt wurden. Die Experimente bestimmten 4. die Eingabe- und Ausgabemerkmale der photomagnetischen Scheibe, die aus dem dünnen TbFeCo-Film gemacht wurde. Die Daten für den Film, der unter Verwendung einer Magnetron-Sputtervorrichtung hergestellt wurde, sind Probedaten zum Vergleich mit den erfindungsgemäß erhaltenen Daten.

Restlicher Gasdruck P _B
7 × 10^-7 Torr
Argongasdruck P _Ar	3,6 mTorr
angelegte Spannung	280 V-430 V
Entladungsstrom	1,4 A-2,7 A
angelegte Leistung	392 W-1161 W
Sputtergeschwindigkeit R _d	50 nm/min-100 nm/min

Tabelle 2

Jedes der Counter-Targets wurde aus einer Fe₉₀Co₁₀ Legierungsplatte und einem reinem Tb-Streifen gebildet, um ein zusammengesetztes Target zu bilden. Die Targets waren rechteckig und 100 mm breit, 160 mm lang, 5 mm dick. Der Abstand D zwischen den Targets betrug 150 mm und die Lage L des Substrates betrug 75 mm.

Zusammengesetzte Targets oder Legierungstargets aus TbFe, GdTbFeCo und GdFeCo sowie zusammengesetzte Targets aus TbFeCo können zum Sputtern ebenso verwendet werden. Im Gegensatz zur Magnetron-Sputtervorrichtung wurde die magnetische Feldintensität B _P, die senkrecht zu den jeweiligen Targetoberflächen angelegt wurde, auf 160 bzw. 220 Gauß variiert, indem die permanenten Magneten für die Bildung des konvergenten Plasmas zwischen den Targets ersetzt wurden. Ein Substrathalter wurde bei einem variablen (floating) Potential gehalten. Das Substrat bestand aus einer biegefesten Glasplatte und einer Glasplatte mit Führungsrillen mit einem Durchmesser von 30,48 cm (12 Zoll).

Ein dünner Film aus Tb_x (Fe_100-yCo_y)_100-x (y = 9,7) wurde gebildet, wie mit Fluoreszenzröntgenbeugung bestimmt wurde.

Transmissionselektronenmikrographien (TEM) und Elektronenbeugungsmuster selektiver Bereiche (SAED) wurden mit einem JEM-200 FX Elektronenmikroskopsatz mit einer Beschleunigungsspannung von 200 kV und einer Auflösung 0,14 nm beobachtet. Diese Muster wurden mit einem Mikrodensitometer in ein Standard X-Y Format konvertiert. Der Reflexionskoeffizient R, der Kerr-Rotationswinkel k und die Koerzitivkraft H _c wurden mit einem Laser einer Wellenlänge von 830 nm mit einem externen magnetischen Feld von 15 kOe bei Umgebungstemperatur bestimmt. Der Witterungsbeständigkeitstest wurde durchgeführt, indem die erhaltenen dünnen TbFeCo-Filme 250 Tage der Luft ausgesetzt wurden. Weiterhin wurde ein Laser einer Wellenlänge von 830 nm verwendet, um die Eingabe- und Ausgabemerkmale der photomagnetischen Platte, die aus dem dünnen TbFeCo-Film hergestellt worden war, zu untersuchen. In der folgenden Diskussion bezeichnen a), b) und c) die dünnen TbFeCo-Filme, die mit einer Magnetron-Sputtervorrichtung bei dem Plasma ausgesetztem Substrat mit einer Counter-Target Sputtervorrichtung mit dem Plasma ausgesetzten Substrat bzw. mit einer Counter-Target Vorrichtung unter plasmafreien Bedingungen erhalten wurden.

Die jeweiligen SAED-Muster der dünnen Filme zeigen, daß alle die erhaltenen dünnen Filme amorph sind. Ein solches SAED-Muster wurde mit einem Mikrodensitometer in das Standard X-Y-Format konvertiert, um die graphischen Darstellungen in den Fig. 8a, 8b und 8c, die den jeweiligen dünnen Filmen entsprechen, zu erhalten. Es sollte festgestellt werden, daß die Gipfel graduell weniger ausgeprägt in der Reihenfolge a, b und c sind und in c kein säulenförmiges Kristall existiert. Fig. 9 zeigt aufgelöste und vergrößerte Ansichten der allgemeinen Form der Gipfel in Fig. 8. Die Referenzziffern der jeweiligen Kurven bezeichnen die Struktur des dünnen Filmes oder die Ausgangsschicht 20 das säulenförmige Kristallnetz 21 und die Feinteilchen 22.

Ein Substrat mit einem dünnen Film von 170 nm Dicke einer Legierung mit der Zusammensetzung Tb_19,1(Fe_90,3Co_9,7)_80,9 wurde mit der Counter-Target Sputtervorrichtung bei einem Argongasdruck P _Ar von 3,6 mTorr, einer Sputtergeschwindigkeit R _d von 100 nm/min, und einer magnetischen Feldstärke B _p von entweder 160 Gauss oder 220 Gauß am Mittelpunkt zwischen den Targets erzeugt. Anschließend wurde der so erzeugte Film einem Witterungsbeständigkeitstest unterworfen, indem der dünne Film 250 Tage lang der Luft ausgesetzt wurde. Nach diesem Test sank der Reflexionskoeffizient um 4%, aber der Kerr-Rotationswinkel von ungefähr 0,28 Grad und die Koerzitivkraft von ungefähr 12 kOe blieben unverändert.

Der dünne Film wurde außerdem 150 min einer Atmosphäre von 90% relativer Luftfeuchtigkeit (RH) bei 50°C unterworfen. Obwohl der Reflexionskoeffizient allmählich sank, blieben der Kerr-Rotationswinkel und die Koerzitivkraft unverändert beinahe konstant, und sind beständig in einer Atmosphäre von Wasserdampf und Sauerstoff.

Fig. 10 zeigt die Abhängigkeit des Kerr-Rotationswinkels R _k von dem Bestandteil Tb in dem dünnen Film. Der Kerr-Rotationswinkel wurde mit einem Laser mit einer Wellenlänge von 830 nm gemessen.

Der dünne Film einer Zusammensetzung von TbFeCo wurde mit einer Counter-Target Sputtervorrichtung mit einem P _Ar von 3,6 Torr erzeugt, und weiterhin durch Einstellen der Sputtergeschwindigkeit R _d auf entweder 50 oder 100 nm/min und einer magnetischen Feldstärke B _P von entweder 160 oder 220 Gauß. Der Kerr-Rotationswinkel R _k steigt bei Sputtergeschwindigkeiten von 50 und 100 nm/min mit ansteigender Stärke des angelegten magnetischen Feldes. Dies impliziert, daß das Erzeugen des dünnen Filmes auf einem Substrat in einem plasmafreien Zustand für den Erhalt eines großen Kerr-Rotationswinkels wichtig ist.

Der dünne Film, der bei einer Sputtergeschwindigkeit R _d von 100 nm/min auf dem Substrat unter plasmafreien Bedingungen erzeugt wurde, zeigte Kerr-Rotationswinkel von 0,37 Grad Größe. Diese Kerr-Rotationswinkel, die in Fig. 10 gezeigt sind, nehmen allmählich mit zunehmendem Tb-Bestandteil ab. Der dünne Film, der bei einer Magnetstärke B _p von 220 Gauß unter plasmafreien Bedingungen und mit einer Sputtergeschwindigkeit R _d von 100 nm/min erhalten wird, weist eine geringere Abnahme des Kerr-Rotationswinkels im Vergleich zu dem auf, der bei einer Sputtergeschwindigkeit R _d von 50 nm/min erhalten wird, der eine sehr viel größere Abhängigkeit vom Tb-Bestandteil hat. Dünne Filme mit stabilen Eigenschaften können also auch dann noch erhalten werden, wenn der Tb-Bestandteil gemischt ist.

Eine photomagnetische Scheibe wurde aus dem so erhaltenen dünnen TbFeCo-Film gemacht und sein CN-Verhältnis wurde unter den Untersuchungsbedingungen einer Ausgabeleistung von 1,5 mW, einer Aufzeichnungsleistung von 8,0 mW, einer Bitlänge von 0,8 bis 1,0 µm, einem externen magnetischen Feld von 400 Gauß, einer linearen Geschwindigkeit von 15 m/sek an einer Stelle mit einem Radius von 79,6 mm untersucht. Die Abhängigkeit des CN-Verhältnisses von der Bitlänge, wenn der dünne Film als eine photomagnetische Scheibe gebildet wird, ist durch die graphische Darstellung in Fig. 11 gezeigt. In Fig. 11 zeigen die Diagramme b und c die photomagnetischen Scheiben, die mit der Counter-Target Sputtervorrichtung hergestellt worden sind, die Kurve c ist eine plasmafreie Scheibe, die mit einem Substrat gemacht wurde, das dem Plasma nicht ausgesetzt war, und die Kurve b ist eine Scheibe, die aus einem dem Plasma ausgesetzten Substrat hergestellt wurde. Die Kurve a ist eine Scheibe, die mit einer gebräuchlichen Magnetron-Sputtervorrichtung hergestellt wurde. Es ist offensichtlich, daß die photomagnetische Scheibe, insbesondere die, die aus einem Substrat unter plasmafreien Bedingungen hergestellt wurden, ein hohes CN-Verhältnis von 57 dB bei einer Bitlänge von 5 um aufweist, was 8 dB höher ist als die Kurve b für das dem Plasma ausgesetzte Substrat. Fig. 11 zeigt, daß der Kerr-Rotationswinkel der optomagnetischen Aufzeichnungsschicht durch die plasmafreien Bedingungen erheblich vergrößert ist. Es ist daher offensichtlich, daß das Substrat unter plasmafreien Bedingungen weiterverarbeitet werden sollte, um ein verbessertes CN-Verhältnis der photomagnetischen Scheibe zu erhalten.

Claims

1. Speichermedium, umfassend einen Träger und einen dünnen photomagnetischen Film, der auf dem Träger niedergeschlagen ist, wobei der dünne Film eine amorphe Seltenerd-Übergangsmetall-Legierung mit einer nicht-säulenförmigen Struktur umfaßt.

2. Speichermedium nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung die Zusammensetzung Tb_x(Fe_100-yCo_y)_100-x hat.

3. Speichermedium nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß y ungefähr gleich 9,7 ist und x im Bereich von 14 bis 24 liegt.

4. Verfahren zum Bilden eines photomagnetischen Speichermediums, umfassend die folgenden Schritte:
Plazieren eines Substrates und mindestens eines Targets in einer Vakuum-Niederschlagskammer, wobei mindestens das eine Target Materialien umfaßt, die ausgewählt wurden, um eine Seltenerd-Übergangsmetall-Legierung zu bilden;
Erzeugen eines Plasmas innerhalb der Vakuum-Niederschlagskammer;
Anlegen eines elektrischen Feldes in der Kammer, das von einer solchen Richtung und Stärke ist, daß das Plasma das Substrat nicht berührt; und
Sputtern der Materialien von mindestens dem einen Target, um sie auf der Oberfläche des Substrates zur Bildung eines dünnen Filmes niederzuschlagen.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung die Zusammensetzung TbFeCo hat.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialien auf dem Substrat mit einer Geschwindigkeit von 50 bis 100 nm/min niedergeschlagen werden.

7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Targets in der Vakuumkammer so gegenüber angeordnet werden, daß sich die beiden Hauptflächen gegenüberliegen, wobei sich das magnetische Feld im wesentlichen senkrecht zu den beiden Hauptflächen erstreckt, und wobei die Oberfläche des Substrates im wesentlichen parallel zu einer Achse zwischen den beiden Hauptflächen ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetische Feld mittels zweier Magnete entgegengesetzter Polarität angelegt wird, die an den den beiden Hauptflächen gegenüberliegenden Seiten der Targets angeordnet sind.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialien auf dem Substrat mit einer Geschwindigkeit von 50 bis 100 nm/min niedergeschlagen werden und daß das magnetische Feld eine Intensität im Bereich von 160 bis 220 Gauß hat.