KR930002168B1 - 자기광 메모리 매체 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

자기광 메모리 매체

제1도는 이 발명의 실시예의 부분 단면도.

제2도는 장파장 광원을 사용할 때 GdNdFe 필름의 성분비와 커어 회전각 사이의 관계를 표시한 도면.

제3도는 단 파장광원을 사용할때 GdNdFe 필름의 성분비와 커어 회전각 사이의 관계를 표시하는 도면.

제4도는 Nd GdNdFe 필름과 GdTbFe 필름의 커어 회전각의 파장의존을 표시하는 도면.

제5도는 GdNdFe 필름의 성분비와 보자력 사이의 관계를 표시하는 도면.

제6∼8도는 구성비에서 상이한 GdNdFe에서 보자력과 커어 회전의 온도의존을 표시하는 도면.

제9도는 Gd의 성분비와 GdNdFe 필름의 자기포화사이의 관계를 표시하는 도면.

제10도는 GdNdFe 필름의 성분비와 보자력간의 관계를 표시하는 도면.

제11도는 GdTbFe 필름의 성분비와 보자력간의 관계를 표시하는 도면.

제12도∼15도는 성분비에서 상이한 GdTbFe 필름의 보자력의 온도의존을 표시하는 도면.

제16도는 Gd의 성분비와 GdTbFe 필름의 성분비와 같을때 희토류 원소와 보자력의 성분비의 관계와 희토류 원소의 성분비와 큐리온도간의 관계를 표시하는 도면.

제17도는 희토류 원소의 성분비와 GdTbFe 필름의 보자력간의 관계를 표시하는 도면.

제18도는 희토류 원소 성분비와 GdTbFe 필름의 큐리온도간의 관계를 표시하는 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

2 : 제 1 질화물 필름 3 : 판독 필름

4 : 기록 필름 5 : 제 2 질화물 필름.

본 발명은 자기광 메모리 매체(magneto-optic memory medium)에 관한 것으로 특히 기록 필름과 판독필름이 성층되는 교환 결합 준광자기(ferrimagnetic) 이중층 구조를 가지는 자기광 메모리 매체에 관한 것이다.

비결정 희토류 천이 금속 합금이 자기광 기록에 적합한 특성을 가지고 있으므로(일본 공개특해소 60-11746/1985과 소 57-12428/1982와 미국 특해 4390600, 4414650, 4489139에서 개시된 바와 같이) 비결정 희토류 금속합금(rare earth-transition metal alloy)의 엷은 필름(이하 RE-TM 필름이라고 약자로 표기한다)이 자기광 디스크 장치에서 메모리 매체로서 사용되어 왔다.

상기 출원서에서 개시된 RE-TM 필름은 그들이 기록강도와 기록밀도를 충분히 나타내는 것이라고 알려져 있다.

그러나 이 RE-TM 필름은 광기록 보다 판독(재생)재료를 판독 전용형이나 일회 기록형으로 사용할때 S/N 비에서 오히려 더 나빠진다.

자기광 메모리 매체의 판독 능력은 자기광 효과 특히 커어(Kerr)회전각과 파라데이 회전각에 크게 좌우된다. RE-TM 필름의 자기광 효과를 향상시키기 위하여 현재까지는 Bi, Sn 등의 원소를 첨가해서 만들려는 노력이 계속되어 왔다.

또한 자기광 메모리 매체의 판독 능력을 개선하기위해 교환 결합 준광자기 이중층 구조 즉 기록된 정보를 보유하는데 적합한 재료로 만든 기록 필름과 더 강한 자기광 효과를 나타내는 재료로 만든 판독 필름을 가진 구조가 알려져 있다. ("교환 결합 준자기 이중층 필름", 일본 응용물리학 저널 vol 20, no.11 1981.11월 2089∼2095페이지)

그러한 이중층 구조내의 기록 필름은 기록을 위하여 적절한 큐리온도와 높은 보자력을 요구한다.

반면에 기록 필름은 위에서 언급한 자기광 효과를 요구한다.

예로서 일본 공개 특해소 63-18544에서 그러한 교환 결합 군자기 이중층 구조가 개시되어 있다.

이 경우에 TbFeM(M은 Cr이나 Al이다)은 기록 필름에 사용되며 판독 필름에는 GdFeCo가 사용된다.

일반적으로 더 강한 자기광 효과 즉 커어 회전각이나 파라데이 회전각이 증가하면 할수록 판독 능력이 더 개선된다.

자기광 효과는 일반적으로 응용 레이저 빔의 파장에 따라 좌우된다.

그러나 위에 기술한 종래의 교환 결합 준광자기 이중층 구조에서 자기광 효과는 커어 회전각이나 파라데이 회전각을 감소시키므로 단 파장영역의 응용 레이저 빔에 관련하여 감소되므로 나쁜 S/N으로 된다.

또한 단 파장 영역의 레이저 빔을 사용하는 기록 밀도에서 기록 매체를 개선시키는데는 한계가 있다.

따라서 기록/재생에서 사용되는 레이저 빔의 파장은 제한되어 있다.

이것은 제한된 재료를 기록매체에 사용케하며 부적절한 매체를 일반 목적에 사용케 한다.

간단히 말해서 교환 결합 준광자기 이중층 구조의 종래의 자기광 메모리 매체는 단 파장레이저 빔에 관련하여 재생 능력이 나빠지고 단 파장 레이저 빔을 사용하는 기록 능력의 개선이 제한되는 불리한 단점을 가지고 있다.

따라서 본 발명에 의하여 높은 보자력을 가진 비결정 희토류 천이 금속 합금으로 만든 기록 필름과 높은 자기광 효과를 가진 비 결정 희토류 천이 금속 합금으로 만든 판독 필름의 적층을 포함하는 자기광 메모러 매체를 제공하는 것이다.

비결정 합금으로 만들어진 상기 기록 필름은 다음 식으로 나타낸다.

(Gd_PTb_1-P)_qFe_1-q

(여기서 p, q는 0.1

q

0.35, 0

p×q

0.25, 0

(1-p)×q

0.25를 만족시킨다.)

비결정 합금으로 만들어진 상기 판독 필름은 다음 식으로 나타낸다.

Gd_xNd_yFe_1-x-y

(여기서 x,y는 0.1

x

0.3, 0

y

0.25를 만족시킨다.)

본 발명의 상기 구성에 의하여 GdTbFe 기록 필름에 정보가 기록되고 반면에 기록된 정보는 GdNdFe 판독 필름에 의하여 재생된다.

여기서 레이저 빔이 GdNdFe 필름측으로부터 인가될때 GdTbFe 기록 필름과 GdNdFe 판독 필름간의 양자 역학적 교환 결합작용은 교환 결합 자계가 전자로부터 후자까지 인가되게 한다.

이것에 의하여 GdNdFe 판독 필름의 보자력은 더 강해지므로 기록 정보가 안정하게 유지될 수 있다.

따라서 특히 단 파장 레이저 빔(대표적으로 600nm 또는 그 이하)에 관해서 기록 능력과 재생 능력은 대단히 개선될 수 있다.

본 발명의 자기광 메모리 매체는 적절한 기판위에 적층되어 있는 특정한 기록 필름이나 특정한 판독 필름으로 구성된다.

상기 판독 필름과 기록 필름은 SiN, AlN, ZnS, SiO₂, SiAlON, AlNGe, 등으로 만든 제1유전 필름을 통해 투명 기판 위에 이 순서로 통상적으로 적절하게 적층된다.

또한 기록 필름은 제2유전 필름으로 덮혀진다.

본 발명에서 기록 필름은 특수 조성물의 비결정 GdTbFe 합금으로 만들어지고 판독 필름은 특수 조성물의 비결정 GdNdFe 합금으로 만들어진다.

이 비결정 합금 필름은 스퍼터링이나 증착 예를 들면 타겟트로서 특수 조성물의 합금을 사용하거나 조성을 타겟트(target)를 사용하여 스퍼터링에 의하여 또는 멀티 소스 코베이퍼 증착(multi-source covapor deposition)에 의하여 형성될 수 있다.

기록과 판독 필름의 각각의 두께는 바람직하게는 500nm 또는 그 이하이며 가급적 교환 결합작용이 발생하는 범위와 기록 감도의 전지에서는 10∼100nm가 적합하다.

이하에서 본 발명의 실시예를 제1∼18도에 의하여 설명한다.

제1도에서 표시된 바와 같이 본 발명에 따른 자기광 메모리 매체는 기판(1), 제1질화물 필름(2), GdNdFe 판독 필름(3), GdTbFe 기록 필름(4)과 제2질화물 필름(5)으로 구성되고 그것은 레이저 빔인가측으로부터 순차적으로 놓여 있다.

기판(1)에는 예를들면 포리카보네이트(polycarbonate)나 유리로 만든 투명 기판을 사용할 수 있다.

기판(1)은 레이저 빔이 GdNaFe 판독 필름(3)과 GdTbFe 기록 필름(4)을 조사토록하며 그 필름들 즉 제2질화물(5)에 대한 제1질소화물(2)을 지지한다.

질소화물 필름(2)에는 그러한 유전필름 예로서 80∼100nm 두께의 SiN이나 AlN이 자기광 효과에 의하여 커어 회전각을 확장시키기 위해 사용된다.

따라서 그 결과 더 큰 판독 능력을 나타낸다.

이하에서 기록과 판독 필름의 각각 특성에 대하여 설명한다.

그 특성은 성분비에서 상이하고 유리기판 상에 형성된 50∼150nm 두께를 가진 각각 필름인 GdNdFe 필름와 GdTbFe 필름에 관련하여 평가된다.

제2도에 표시된 바와 같이 x로 표시된 Gd의 성분비가 0.2이하인 GdNdFe가 GdNdFe 판독 필름(이하"판독 필름"이라 한다)에 사용될때 커어 회전각 θ_K는 파장 780nm를 가지는 장파장 레이저 빔을 사용하는 경우에는 약 0.4°이다.

커어 회전각 0.4°는 비교적 큰 것이고 따라서 이 필름은 판독 필름에 적합하나 제2도는 y로 표시된 Nd의 성분비가 각각 0.1과 0.04인 경우를 표시한다.

또한 400nm의 파장을 가진 단 파장레이저 빔을 사용하는 경우에 제3도는 분명히 커어 회전각의 약간 감소를 나타낸다.

제 2도와 같이 제 3도는 y로 표시된 Nd의 성분비가 각각 0.1과 0.04인 경우를 표시한다.

더욱이 GdNdFe의 커어 회전각 θ_K는 가시광원의 전체 파장 영역의 파장에 의존하여 본질적으로 일정하다(제 4 도)

비교적 GdTbFe의 커어 회전각은 제4도에 표시된 바와 같이 단 파장 영역내의 파장의 감소로서 감소되는 경향을 가진다.

반면에 판독 필름의 커어 회전각의 온도의존은 필름의 성분비의 변화에 따라 변화하지 않는다.

위에서 기술한 바와 같이 GdNdFe가 판독 필름에 사용될때 빔의 직경이 감소될 수 있도록 효과적으로 사용될 수 있다.

따라서 메모리 매체는 현저하게 기록 밀도가 개선되게 된다.

예를들면 사용 레이저 빔의 파장이 제2고조피 발생기(Second Harnonic Generator : S.H.G.)를 사용하여 반으로 감소될때에 기록 밀도는 4배가 더 된다.

GdNdFe의 성분비는 y로 표시된 Nd의 성분비가 각각 0.1과 0.04인 경우를 설명한 제5도에 표시된 바와같이 변하는 경우에도 판독 필름의 보자력은 약 1KOe 보다 적게 된다

제6도∼8도에 표시된 바와 같이 판독 필름의 보자력의 온도 의존도는 그 성분비의 변화와 같이 변한다.

제7도(Gd0.206 Nd0.048 Fe0.746)와 제8도(Gd0.21 Nd0.044 Fe0.746)에서 보상 온도는 큐리(curie)온도에 대하여 실증된 온도 범위 내에서 발전된다.

반면에 제6도(Gd0.191 Nd0.038 Fe0.771)에서 보상온도는 실증된 온도 범위 내에서 발견되지 아니하므로 보자력은 일반적으로 작다.

그러나 본 발명에서 판독 필름(3)이 다음에 설명된 GdTbFe 기록 필름(4)과 교환 결합이므로 판독 필름(3)은 비록 그 보자력이 양자 역학적 교환결함 작용에 의하여 작은 경우에도 판독 필름으로서 충분히 사용될 수 있다.

교환 결합작용에 의하여 판독 필름(3)의 피상적 보자력의 절대치 Hc가 커질 수 있다.

다음 방정식에 의하여 표시된 상승된 절대치 Hc는

여기서 σw는 2중층 필름의 인터페이스에서 도메인 월(domain wall)에너지 밀도(erg/㎠)이고 ; Ms는 자기포화(emu/㎤)를 표시하며 ; h는 판독 필름(3)의 두께를 표시한다.

예로서 만약 보자력(Hc)이 σw=1(erg/㎠), h=500Å, 제9도에 근거하여 100emu/㎤을 초과하지 않게 결정된 Ms=30emu/㎤를 (1)식에 대입하여 계산되면 Hc는 약 6.7KOe이다.

이 값은 작은 경보 기입 비트를 유지하는데 충분히 강하다.

따라서 그 값이 보자력을 표시한 제10도에서 판독 필름(3)의 성분비는 수직자기 비등방성(anisotropy)을 얻을 수 있는 조건에 근거하여 동시에 다음 부등식(1)(2)을 만족시키는 범위에서 제한된다.

여기서 x는 Gd의 성분비이고 y는 Gd_xNd_yFe_1-x-y내의 Nd의 성분비를 나타낸다.

제10도에서 분명한 바와 같이 선택적으로 5KOe 또는 그 이상의 높은 보자력을 가지는 GdTbFe 기륵 필름(4)(이하 "기록 필름"이라 한다)을 비교적 쉽게 제조할 수 있다.

기록 필름(4)의 보자력의 온도 의존도는 그 구성비에 따라 변화한다.

제12도∼15도에 표시된 바와 같이 기록 필름(4)은 어느 경우에서나 높은 보자력을 나타낸다.

따라서 그것은 기록 필름에 적합한 것이다.

여기에서 제12도는 기록 필름의 성분비가 (Gd0.5 Tb0.5)0.145 Fe0.855인 경우에 보자력의 온도의존도를 표시한다.

제13도는 기록 필름의 성분비가 (Gd0.5 Tb0.5)0.169 Fe0.831인 경우에 보자력의 온도의존도를 표시한 것이고 제14도는 기록 필름 성분비가 (Gd0.5 Tb0.5)0.182 Fe0.818인 경우에 보자력을 표시한 것이고 제15도는 기록 필름의 성분비가 (Gd0.5 Tb0.5)0.235 Fe0.765인 경우에 보자력을 표시한 것이다.

제16도에 표시된 바와 같이 기록 필름의 큐리온도는 약 150℃∼170℃ 보다 높은 온도 범위내에 존재한다.

따라서 기록 감도가 개선될 수 있다.

또한 제16도에 표시된 바와 같이 상당히 장파장 영역내에서 기록 필름의 커어 회전각은 실질적으로 일정하다.

즉 약 0.4°이다.

광원의 파장이 780nm인 것을 주의해야 한다.

그러나 단 파장 영역에서 커어 회전각은 제4도에 표시된 바와 같이 상당히 크게 감소된다.

기록 필름(4)의 성분비는 보자력이 작은 정보 기록 비트에 요구된 안정도의 견지에서 1KOe 이상이고 ; 큐리온도 범위가 기록감도의 견지에서 100℃∼200℃인 조건에 의하여 다음의 부등식(4)∼(6)을 만족하는 범위에 제한된다.

제17도에서 값은 보자력을 나타내고 〉10은 보자력이 10KOe 보다 더 큰 경우이며

0.1은 보자력이 0.1KOe 보다 더 작은 경우이다.

제18도에서 값은 큐리온도를 나타낸다.

(Gd_pTb_1-p)_qFe_1-q에서 p는 Gd의 성분비이고 q는 (GdTb)의 성분비이다.

추가로 판독 필름(3)과 기록 필름(4)을 보호하도록 제공된 제 2 질소화물 필름(5)은 제1질소화물 필름(2)의 것과 같은 동일한 재료로 만들어진다.

Al와 같은 금속 필름은 제 2 질소화물 필름(5) 대신에 사용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.

반도체 레이저나 HeNe 레이저로부터 투사된 레이저 빔이 광학 시스템(여기에 표시되지 않음)에 의하여 모아져서 매체에 점으로 될 때 자기광 메모리 매체의 상기 실시예의 구성때문에 빔점은 기판(1)과 제1질소화물 필름(2)을 통해 판독 필름(3)과 기록 필름(4)에 도달한다.

반면에 판독 필름(3)의 빔점 부위의 온도는 증가한다. 판독 필름(3)의 자화는 상기 온도가 그 큐리온도를 넘어갈때 나타나지 않는다.

자화 현상이 나타나지 않을때 이중층 필름의 교환결합 작용은 나타나지 않는다.

이때에 편향자계(표시되지 않음)등이 기록 필름(4)의 기록에 사용된다면 자기 스핀(spin) 방향의 근처 영역의 것과 반대가 되는 역자기 영역의 철심이 발생된다.

그후 이 자기 영역은 작은 비트로 되어 원통형 자기 영역이 되게 확대된다.

레이저 빔의 적용을 정지할때 그 부분의 온도가 감소된다.

그 온도가 판독 필름의 큐리온도 이하로 즉시 감소될때 기록 필름에 형성된 상기 작은 비트는 교환 결합작용에 의하여 판독 필름(3)에 전사된다.

재생(판독)에 있어서 선형적으로 분류된 레이저 빔이 기판(1)에 적용될때 반사광의 분극면은 자기광 효과의 도움으로 자기 스핀의 상기 오리엔테이션의 방향에서 회전한다.

그때 검광기와 연결된 광 검출기를 사용하므로서 반사광량의 변화가 검출된다.

따라서 기록된 정보를 재생할 수 있다.

본 발명에 따라 자기광 메모리 매체는 상기의 구성에 한정되지 않는다.

보호필픔등과 같은 여러가지의 보충 필름이 어떤 요건에 따라 제공될 수 있다.

예로서 반사 필름은 그 레이저 빔 적용 측면에 대향한 제 2 질소화물(5)의 측면상에 부가될 수 있다.

이 경우에 있어서 이중층 필름을 구성하는 판독 필름(3)과 기록 필름(4) 모두가 레이저 빔을 그곳을 통해 지나갈 수 있도록 충분히 엷어진다. 반사 필름은 사용된 광선을 효과적으로 실용화하는데 유효하다.

위에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 자기광 메모리 매체는 특정 성분비의 GdTbFe 기록 필름과 GdTbFe 기록 필름의 레이저 사용 측면상에 형성되는 특정성분비의 GdNaFe 판독 필름이 이중층 필름 즉 보자력에서 강하고 큐리온도에서 낮고 기록능력에 있어서 우수한 GdTbFe 기록 필름과 큐리온도가 높고 보자력이 약하고 특히 단 파장 영역에서 자기광 효과가 크므로 재생능력이 우수한 GdNdFe 판독 필름으로 구성되어 있다.

이 구조는 메모리 매체가 양자역학적 교환결합 작용을 증가시켜서 기록 감도와 판독능력을 향상시킨다.

또한 판독 필름이 GdNdFe를 사용하여 자기광 효과의 파장 의존도를 대단히 감소시킬 수 있는 것이다.

따라서 기록밀도의 놀라운 향상과 동시에 판독시에 단 파장 영역에서 특히 S/N 비를 개선시키기 위하여 레이저 빔의 직경을 극소화시키므로 단 파장을 가진 레이저 빔의 사용을 가능하게 한다.

더욱이 상기 구성은 광원등의 넓은 범위의 선택도를 사용하므로서 그 파장을 무시하고 레이저 빔을 사용할 수 있게 한다.

Claims (6)

1. 높은 보자력을 가진 희토류 전이 금속 합금으로 된 기록 필름과 자기광 효과를 가진 비결정 희토류 전이 금속 합금으로 된 판독 필름의 적층을 포함하며 ; 식(Gd_pTb_1-p)_qFe_1-q, 여기서 p와 q는 0.1

   

   q

   

   0.35, 0

   

   p×q

   

   0.25와 0

   

   (1-p)×q

   

   0.25 만족시키는 식으로 표시된 비결정 합금으로 된 상기 기록 필름과 ; 식 Gd_xNd_yFe_1-x-y, 여기서 x와 y는 0.1〈x〈0.3과 0〈y〈0.25를 만족시키는 식으로 표시된 비결정 합금으로 된 상기 판독 필름을 포함하는 자기광 메모리 매체.
2. 제1항에 있어서 기록 필름과 판독 필름의 각각은 500nm 또는 그 이하의 두께를 가진 자기광 메모리 매체.
3. 제1항에 있어서 기록 필름과 판독 필름의 각각은 10∼100nm의 두께를 가진 자기광 메모리 매체.
4. 제1항에 있어서 판독 필름은 유전 필름을 통해 투명기판 위에 적층되고 기록 필름은 그 판독 필름상에 적층되는 자기광 메모리 매체.
5. 제4항에 있어서 기록 필름은 다른 유전 필름으로 덮혀져 있는 자기광 메모리 매체.
6. 제1항에 있어서 단 파장 레이저 빔을 사용한 기록 및/또는 재생 정보에 사용되는 자기광 메모리 매체.

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