DE3888109T2

DE3888109T2 - Magneto-optisches Aufzeichnungsmedium.

Info

Publication number: DE3888109T2
Application number: DE3888109T
Authority: DE
Inventors: Katsuhisa Aratani
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1987-12-04
Filing date: 1988-12-01
Publication date: 1994-09-15
Anticipated expiration: 2008-12-02
Also published as: EP0319004A2; DE3888109D1; US4882231A; JPH01149246A; EP0319004A3; EP0319004B1

Description

Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein magneto-optisches Aufzeichnungsmedium, wie eine magneto-optische Platte, bei dem Datenbits in Form magnetischer Domänen durch einen magneto-optischen (thermischen) Aufzeichnungsprozeß aufgezeichnet werden und die aufgezeichneten Datenbits abhängig vom Kerr-Rotationswinkel oder Faraday-Rotationswinkel auf Grundlage der Verdrehung der Polarisationsebene des Datenleselichts ausgelesen werden.
Ein magneto-optisches Aufzeichnungsmedium, das identisch die Merkmale a) b) und c) aufweist, wie sie im beigefügten Anspruch 1 aufgelistet sind, und bei dem der zweite magnetische Film magnetisch an den ersten und dritten magnetischen Film koppelt, ist in der Veröffentlichung EP-A-0 258 978 offenbart, die zu einer Voranmeldung gehört, jedoch nicht gegenüber dem Prioritätsdatum der vorliegenden Anmeldung vorveröffentlicht ist.
Die Veröffentlichung EP-A-0 217 067 offenbart beinahe identisch die Merkmale a), c) und d), wie sie im beigefügten Anspruch 1 aufgelistet sind. Was das Merkmal a) betrifft, stellt die Veröffentlichung jedoch nicht ausdrücklich fest, daß die magnetischen Filme aufeinanderfolgend auf einem Substrat ausgebildet sind. Was das Merkmal c) betrifft, ist es für das in EP-A-0 217 067 beschriebene Medium nicht zulässig, daß Tc2 niedriger ist als Tc1, da die zweite Schicht ein permanentes Magnetfeld erzeugen muß, um Löschfähigkeit ohne Verwendung externer Vormagnetisierungsquellen zuschaffen.
Wenn ein Signal auf ein magneto-optisches Aufzeichnungsmedium aufgezeichnet wird, werden ein externes Magnetfeld und ein Laserstrahl zum örtlichen Aufheizen des Mediums gleichzeitig an das Medium gelegt.

Aufgabe und Zusammenfassung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein magneto-optisches Aufzeichnungsmedium anzugeben, das geringe Feldstärke des externen magnetischen Feldes erfordert, das beim Aufzeichnen von Signalen angelegt wird.
Das erfindungsgemäße magneto-optische Aufzeichnungsmedium ist durch die Merkmale definiert, wie sie im beigefügten Anspruch 1 aufgelistet sind. Bei diesem Medium ist der zweite magnetische Film so gewählt, daß er eine Curie-Temperatur aufweist, die beim Aufzeichnen von Signalen überschritten werden kann. Der erste magnetische Film ist so ausgebildet, daß er spezielle Eigenschaften aufweist, wie sie im Merkmal e) von Anspruch 1 definiert sind.
Die erfindungsgemäße magneto-optische Platte erfordert nur eine vergleichsweise geringe Feldstärke des externen Magnetfeldes, das beim Aufzeichnen von Signalen angelegt wird, und sie weist hohe Aufzeichnungsempfindlichkeit und ein hohes T/R(Trägerpegel zu Rauschsignalpegel) -Verhältnis auf.
Erfindungsgemäß wird ein magneto-optisches Aufzeichnungsmedium angegeben, das einen ersten magnetischen Film, einen zweiten magnetischen Film und einen dritten magnetischen Film aufweist, die der Reihe nach einander überlagert sind, um Schichten zu bilden. Der erste magnetische Film ist so ausgebildet, daß er einen größeren Rotationswinkel der Polarisationsebene durch magnetooptische Wechselwirkung hervorruft als der dritte magnetische Film, wobei die jeweiligen Curie-Punkte Tc1, Tc2 und Tc3 des ersten, zweiten und dritten magnetischen Films so ausgewählt sind, daß sie bei Raumtemperatur TRT der Beziehung Tc2 > TRT, Tc2 < Tc1 und Tc2 < Tc3 genügen. Der zweite magnetische Film, der bei Raumtemperatur magnetisch mit dem ersten und dritten magnetischen Film gekoppelt ist, dient dazu, daß er, wenn er beim Aufzeichnungsbetrieb erhitzt wird, die magnetische Kopplung zwischen dem ersten und dem dritten magnetischen Film unterbricht. Daten werden auf dem dritten magnetischen Film bei einer Temperatur in der Nähe des Curie-Punkts Tc3 des dritten magnetischen Films aufgezeichnet, und in einem anschließenden Kühlstadium werden die auf dem dritten magnetischen Film aufgezeichneten Daten auf den ersten magnetischen Film übertragen, der mit ihm über den zweiten magnetischen Film gekoppelt ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau eines erfindungsgemäßen magneto-optischen Aufzeichnungsmediums;
Fig. 2 zeigt eine graphische Darstellung der T/R-Charakteristikkurve, wie sie beim Aufzeichnungsmedium von Fig. 1 gemessen wurde;
Fig. 3A veranschaulicht den Aufbau eines dritten magnetischen Films;
Fig. 3B zeigt die Curie-Temperatur jeder Schicht; und
Fig. 4A und 4B veranschaulichen die Beziehung zwischen Sättigungsmagnetisierungen und Untergittermagnetisierungen in einer Magnetlegierung aus Seltenerd- und Übergangsmetallen.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

Bei der Erfindung wird, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist, ein dielektrischer Film 2, der als Schutzfilm oder als Interferenzfilm dient, falls erforderlich, auf einem lichtdurchlässigen Substrat 1 ausgebildet, das aus glasigem Acrylharz oder Polycarbonatharz besteht, und auf dem dielektrischen Film werden aufeinanderfolgend Schichten eines ersten magnetischen Films 11, eines zweiten magnetischen Films 12 und eines dritten magnetischen Films 13 abgeschieden, die jeweils rechtwinklige Magnetisierung aufweisen.
Der erste magnetische Film 11 ist so zusammengesetzt, daß er einen großen Rotationswinkel der Polarisationsebene bei magneto-optischer Wechselwirkung aufweist.
Die jeweiligen Curie-Punkte Tc1, Tc2 und Tc3 des ersten, zweiten und dritten magnetischen Films genügen der folgenden Beziehung, wobei TRT Raumtemperatur bezeichnet:
Tc2 > TRT . . . (1)
Tc2 < Tc1, Tc2 < Tc3 . . . (2).
Der zweite magnetische Film 12 dient bei Raumtemperatur TRT dazu, den ersten und den dritten Magnetfilm 11 und 12 magnetisch miteinander zu koppeln, und wenn er beim Aufzeichnungsbetrieb auf eine bestimmte Temperatur aufgeheizt wird, unterbricht er die magnetische Kopplung zwischen dem ersten und dem dritten magnetischen Film 11 und 13. In der Praxis wird der zweite magnetische Film 12 daher so ausgebildet, daß er eine Dicke im Bereich von 30 bis 200 aufweist, und in Beziehung zur magnetischen Wechselwirkungswandenergie σw zwischen dem ersten magnetischen Film 11 und dem dritten magnetischen Film 13 werden die Magnetisierung Ms1, die Koerzitifkraft Hc1 und die Dicke h1 des ersten magnetischen Films so bestimmt, daß die folgende Bedingung bei angelegtem externem Magnetfeld Hex bei jeder beliebigen Temperatur oberhalb der Raumtemperatur TRT und unterhalb des Curie- Punkts Tc2 des zweiten magnetischen Films 12 erfüllt ist:
σw > 2Ms1 · h1 · Hc1 + 2Ms1 · h1 · Hex . . . (3).
Thermisches Aufzeichnen wird auf dem dritten Magnetfilm 13 bei einer Temperatur in der Nähe dessen Curie-Punktes Tc3 ausgeführt, und im anschließenden Kühlschritt werden die auf dem dritten magnetischen Film 13 aufgezeichneten Daten auf den mit diesem magnetisch über den zweiten magnetischen Film 12 gekoppelten ersten magnetischen Film 11 übertragen.
Mit 3 ist ein auf der Oberfläche ausgebildeter Schutzfilm bezeichnet, und S repräsentiert die Gesamtheit des erfindungsgemäßen magneto-optischen Aufzeichnungsmediums.
Ein Datenaufzeichnungs(Schreib)-Vorgang beim obigen magnetooptischen Aufzeichnungsmedium wird auf gewöhnliche Weise ausgeführt, bei der ein abrasternder Laserstrahl, der mit den aufzuzeichnenden Daten moduliert ist, aufgestrahlt wird, wobei ein externes Aufzeichnungsmagnetfeld rechtwinklig zur Filmebene angelegt wird; in einem Teil des Mediums, in dem z. B. der Datenwert "1" aufzuzeichnen ist, wird der dritte magnetische Film 13 örtlich bis in die Nähe seines Curie- Punktes Tc3 aufgeheizt. In diesem Stadium wird auch der zweite magnetische Film 12 gemäß Gleichung (2) bis über den Curie-Punkt Tc2 aufgeheizt, wodurch die magnetische Kopplung zwischen dem ersten und dem dritten Magnetfilm 11 und 13 unterbrochen wird. Wenn der aufgeheizte Teil des Mediums in einem anschließenden Schritt aufgrund fehlender Einstrahlung des Laserstrahls durch Auslenkung von diesem Ort abgekühlt wird, wird ein Datenbit oder eine magnetische Datendomäne durch die Wirkung des Streumagnetfeldes und des externen Aufzeichnungsmagnetfeldes ausgebildet, und nach dem Abfall der Temperatur unter den Curie-Punkt Tc2 des zweiten Magnetfilms 12 als Ergebnis einer solchen Kühlung wird die magnetische Kopplung zwischen dem ersten und dem dritten magnetischen Film 11 und 13 durch den zweiten magnetischen Film 12 wiederhergestellt, wodurch die Beziehung gemäß Gleichung (3) wieder erfüllt ist, um eine Übertragung der aufgezeichneten Daten, d. h. einer magnetischen Datendomäne vom dritten magnetischen Film 13 durch den zweiten magnetischen Film 12 auf den ersten magnetischen Film 11 zu bewirken. Daraus folgt, daß die magnetische Datendomäne auch im ersten magnetischen Film 11 ausgebildet wird. Auf diese Weise wird ein Binärdatenwert "1" oder "0" abhängig vom Vorliegen oder Fehlen einer solchen Magnetdomäne geschrieben.
Gemäß der genannten Aufzeichnungsart wird anfangs der dritte magnetische Film 13 beschrieben. Obwohl der Curie-Punkt Tc3 des dritten magnetischen Films 13 höher als der Curie-Punkt Tc2 des zweiten magnetischen Films 12 ist, ist der erstere auf eine kleinere Temperatur setzbar, und es kann ein Aufzeichnungsvorgang in der Nähe eines solchen niedrigen Curie- Punktes Tc3 ausgeführt werden, bei dem die Sättigungsmagnetisierung ausreichend klein ist, so daß das Streumagnetfeld und das daraus resultierende Entmagnetisierungsfeld auch klein gemacht werden, um anschließend das Aufzeichnen mit einer kleinen Energiemenge zu ermöglichen. Daher ist die Intensität des externen Magnetfeldes, das beim Aufzeichnungs- oder Löschvorgang erforderlich ist, auf einen Bruchteil des Werts verringerbar, der aus der herkömmlichen Technik bekannt ist. Dadurch wird Überschreiben unter Verwendung eines Magnetfeldes möglich, das mit dem aufzuzeichnenden Signal moduliert ist, und zwar aufgrund dieser Verringerung der erforderlichen Stärke des externen Magnetfelds beim Aufzeichnungs- oder Lösch(Überschreib)-vorgang.
Um beim Auslesen der Daten vom magneto-optischen Aufzeichnungsmedium S, bei dem der erste magnetische Film 11 aus einem ausgewählten Material besteht, einen großen Rotationswinkel, d. h. Kerr-Rotationswinkel Rk, für die Polarisationsebene durch magneto-optische Wechselwirkung zu schaffen, dient der erste magnetische Film 11 als Wiedergabefilm, um das Wiedergabeausgangssignal zu verbessern, wodurch demgemäß eine dimensionsmäßige Verringerung der Datenbitlänge erzielt wird, um folglich hohe Aufzeichnungsdichte zu erzielen.
Der als Schutz- oder Interferenzfilm dienende dielektrische Film 2, der erste bis dritte magnetische Film 11 bis 13, die dazu in der Lage sind, den Bedingungen der Gleichungen (1) bis (3) zu genügen, und der Schutzfilm 3 werden aufeinanderfolgend auf dem lichtdurchlässigen Substrat 1 durch die Technik kontinuierlicher Verdampfung, Aufsputterns oder dergleichen aufgebracht, wie z. B. durch eine Magnetron-Sputtervorrichtung ausgeführt.
Der erste magnetische Film 11 kann aus GdFeCo, TbFeCo, GdTbFeCo oder dergleichen bestehen, der so ausgebildet ist, daß er für einen großen Kerr-Rotationswinkel Rk sorgt.
Der dritte magnetische Film 13 kann aus TbFe, GdTbFe, DyFeCo oder dergleichen bestehen, das eine große Koerzitivkraft und den niedrigsten praktisch erzielbaren Curie-Punkt Tc3 unter der Bedingung von Gleichung (2) aufweist und sich bei Raumtemperatur TRT in einem Zustand befindet, in dem die Seltenerdmagnetisierung vorherrscht.
Der zweite magnetische Film 12 kann aus TbFeCoCr oder dergleichen mit einer Dicke im Bereich von 30 bis 200 Å bestehen.

Beispiel

Auf einer Glasplatte werden Führungsnuten mit einer Schrittweite von 1,6 um angebracht. Auf einem solchen Substrat 1 werden aufeinanderfolgend Schichten eines 700 Å dicken dielektrischen Films 2 aus Si&sub3;N&sub4;, eines 250 Å dicken ersten magnetischen Films 11 aus GdFeCo, eines 80 Å dicken zweiten magnetischen Films 12 aus TbFeCoCr, eines 500 Å dicken dritten magnetischen Films 13 aus TbFeCoCr und ein Schutzfilm aus Si&sub3;N&sub4; durch die Technik des kontinuierlichen Sputterns abgeschieden, wie es durch eine Magnetron-Sputtervorrichtung ausgeübt wird, um ein magneto-optisches Aufzeichnungsmedium zu schaffen, d. h. eine optische Platte S.
Die untenstehende Tabelle 1 listet die jeweiligen Dicken und die magnetischen Eigenschaften derartiger magnetischer Filme 11 bis 13 in Form von Einzelschichten auf. Tabelle 1 Material Dicke Curiepunkt Koerzitivkraft Magnetischer Film
In Tabelle 1 bedeutet "FeCo-reich" einen Film, bei dem die Magnetisierung des FeCo-Untergitters bei Raumtemperatur vorherrscht, und "Tb-reich" bedeutet einen Film, bei dem die Magnetisierung des Tb-Untergitters bei Raumtemperatur vorherrscht.
Fig. 2 zeigt graphisch die Meßergebnisse zur Abhängigkeit des Trägerpegel-zu-Rauschpegel (T/R) -Verhältnisses von der Aufzeichnungsfrequenz für das magneto-optische Aufzeichnungsmedium S des Beispiels. Bei diesem Versuch wurde die Abhängigkeit von T/R von der Aufzeichnungsfrequenz u. a. unter den folgenden Bedingungen gemessen: lineare Plattengeschwindigkeit 20 m/sec, Stärke des Löschmagnetfeldes -100 (Oe), Stärke des Aufzeichnungsmagnetfelds 100 (Oe), Löschleistung 8,4 mW und Aufzeichnungsleistung 10 mW.
Wie aus Fig. 2 erkennbar, sorgt das erfindungsgemäße magneto-optische Aufzeichnungsmedium für ein T/R-Verhältnis größer als 50 dB bis zu 14 MHz, selbst wenn das externe Magnetfeld auf 100 Oe verringert wurde, was ein viel kleinerer Wert ist als der beim Stand der Technik verwendete.
Obwohl der dritte magnetische Film 13 wie oben angegeben als Einschichtstruktur ausgebildet sein kann, kann das Streumagnetfeld im magnetischen Film 13 dadurch minimiert oder auf den Wert null verringert werden, daß er als Doppel- oder Mehrschichtstruktur ausgebildet wird. Im letzteren Fall kann z. B. der magnetische Film 13 so magnetisiert sein, wie dies in Fig. 3A dargestellt ist, und die Schichten seiner Einzelkomponenten können Curie-Punkte aufweisen, wie sie in Fig. 3B dargestellt sind. Eine beispielhafte Struktur weist eine Schicht 131 einer ersten Komponente mit einem Curie-Punkt Tc131 auf, die aus einer ersten Legierung aus Seltenerd- und Übergangsmetallen besteht, wobei die Magnetisierung des Seltenerduntergitters bei einer Temperatur unmittelbar unter dem Curie-Punkt Tc131 vorherrscht, und eine Schicht 132 einer zweiten Komponente auf, mit einem Curie-Punkt Tc132, der größer ist als Tc131, und die aus einer zweiten Legierung von Seltenerd- und Übergangsmetallen besteht, wobei die Magnetisierung des Übergangsmetall-Untergitters bei einer Temperatur unmittelbar unterhalb des Curie-Punkts Tc131 vorherrscht. Zwei oder mehr derartige Komponentenschichten können aufeinanderfolgend als 131 - 132 - 131 überlagert sein, oder fünf derartige Schichten können in jeweils benachbartem und gekoppeltem Zustand angeordnet sein, wie in Fig. 3 dargestellt. Bei dieser Struktur sind die jeweiligen Sättigungsmagnetisierungen der Erstkomponentenschicht 131 im Zustand mit Vorherrschen der Magnetisierung des Seltenerduntergitters und der Zweitkomponentenschicht 132 im Zustand mit vorherrschender Magnetisierung des Übergangsmetall- Untergitters einander entgegengesetzt, wie dies durch Pfeile Ms in den Fig. 4A und 4B angezeigt ist, wobei ein Pfeil MRE die Magnetisierung des Seltenerduntergitters bezeichnet und ein Pfeil MTM die Magnetisierung des Übergangsmetall-Untergitters bezeichnet. Daher sind die Magnetisierungen M131 und M132 der Schichten 131 und 132 abwechselnd umgekehrt, wie dies durch die Pfeile in Fig. 3A angezeigt ist. Demgemäß kann das Streumagnetfeld auf null verkleinert oder zu extrem kleiner Stärke minimiert werden. Während des Einstrahlens eines Laserstrahls wird die Zweitkomponentenschicht 132 aufgrund des Unterschiedes in den Curie-Punkten zu einer magnetischen Einzeldünnschicht umgebildet, wodurch auch das bei einem Aufzeichnungs- oder Löschvorgang erforderliche externe Magnetfeld verringert werden kann.
Beim erfindungsgemäßen magneto-optischen Aufzeichnungsmedium werden, wie oben ausgeführt, Daten anfangs im dritten magnetischen Film 13 aufgezeichnet, dessen Curie-Punkt Tc3 auf eine niedrige Temperatur einstellbar ist, obwohl er höher ist als der Curie-Punkt Tc2 des zweiten magnetischen Films 12. Im Aufzeichnungsmodus wird der Vorgang bei einer Temperatur in der Nähe des Curie-Punkts Tc3 ausgeführt, wo die Sättigungsmagnetisierung ausreichend niedrig ist, so daß das Aufzeichnen mit einer kleinen Energiemenge möglich wird, da das magnetische Streufeld und das aus diesem herrührende Entmagnetisierungsfeld kleine Intensität aufweisen. Demgemäß kann das beim Aufzeichnungs- oder Löschvorgang anzulegende externe Magnetfeld auf einen Bruchteil des bekannten Wertes verringert werden. Eine solche Verringerung der Stärke des erforderlichen externen Magnetfeldes beim Aufzeichnungs- oder Löschvorgang ermöglicht Überschreiben vom Typ mit Magnetfeldmodulation.
Ferner können beim mit Daten beschriebenen magneto-optischen Aufzeichnungsmedium S, bei dem der erste magnetische Film 11 aus einem geeigneten Material zum Erzeugen eines großen Rotationswinkels, wie des Kerr-Rotationswinkels Rk, für die Polarisationsebene durch die magneto-optische Wechselwirkung besteht, die Daten ausgelesen werden, wobei der erste magnetische Film 11 als Wiedergabefilm wirkt, um schließlich das Wiedergabeausgabesignal zu verstärken und demgemäß die Datenbitlänge zu verringern, um eine höhere Aufzeichnungsdichte zu erzielen.

Claims

1. Magneto-optisches Aufzeichnungsmedium

a) mit einem Substrat (1), einem ersten magnetischen Film (11), einem zweiten magnetischen Film (12) und einem dritten magnetischen Film (13), die aufeinanderfolgend auf dem Substrat ausgebildet sind;

b) wobei der erste magnetische Film (11) einen größeren Rotationswinkel einer Polarisationsebene als der dritte magnetische Film (13) aufweist;

c) wobei die jeweiligen Curie-Temperaturen Tc1, Tc2, Tc3 des ersten, zweiten und dritten magnetischen Films den folgenden Beziehungen genügen: Tc2 > TRT, Tc2 < Tc1 und Tc2 < Tc3, wobei TRT die Raumtemperatur ist;

d) wobei der zweite magnetische Film (12) magnetisch mit dem ersten und dem dritten magnetischen Film koppelt und die magnetische Kopplung zwischen dem ersten und dem dritten magnetischen Film bei einer Temperatur über Tc2 unterbricht;

e) wobei die Magnetisierung Ms1, die Koerzitivkraft Hc1 und die Dicke h1 des ersten magnetischen Films (11) so ausgewählt sind, daß sie der folgenden Beziehung genügen:

σw > 2Ms1·h1·Hc1+2Ms1·h1·Hex,

wobei σw die Magnetwand-Zwischenschichtenergie zwischen dem ersten und dem dritten magnetischen Film ist und Hex ein externes Magnetfeld ist, das beim Aufzeichnen von Daten bei einer Aufzeichnungstemperatur höher als Tc2 an das Medium gelegt wird.

2. Magneto-optisches Aufzeichnungsmedium nach Anspruch 1, bei dem der erste magnetische Film (11) aus einer amorphen GdFeCo-Legierung besteht.

3. Magneto-optisches Aufzeichnungsmedium nach Anspruch 1, bei dem der dritte magnetische Film (13) aus einer Mehrschichtstruktur mit mindestens einer seltenerdreichen Legierungsschicht und mindestens einer übergangsmetallreichen Legierungsschicht besteht.