CN1022872C - 磁光记录介质 - Google Patents

Abstract

具有三层结构和高记录密度的磁光记录介质，具有在短波长下高的克尔转角。将短波长下具有高克尔转角、但具有平面各向异性的膜夹入在高垂直各向异性的(Tb,Dy)-(Fe,Co)非晶态膜之间。激光束由此入射的第一层应充分薄以保证光束透射，但又应有足以产生与第二层之间强的交换耦合作用的厚度。第二层应足够薄以接受来自两侧的强的交换耦合作用，但又应有足以产生高克尔转角的厚度。第三层应厚到足以产生与第二层之间强的交换耦合作用。

Description

本发明涉及一种磁光记录介质，当暴露在短波长的光下时，具有大的磁-光效应，因此适合于高密度记录。

磁光记录已经实际地应用于允许重写的光记录方法。具有在垂直于膜平面方向上强磁性各向异性的单层稀土-过渡金属非晶态膜一直被用作磁光记录膜。特别需指出的是TbFeCo合金非晶态膜正在被研究并向实际应用方向发展。在磁光记录领域，增加记录密度是主要目的。缩短读/写光的波长是目前正在研究的实现上述目的的一个方法。要想进一步增加磁光记录密度，发展这样一种磁光材料是必不可少的，即该材料在短波长下具有高的磁光效应（克尔（Kerr）效应和法拉第（Faraday）效应）。采用一般的TbFeCo合金非晶态膜，当激光波长变短时，磁光效应趋向于单调地减小，并且在短波长下不能得到足够大的克尔转角或法拉第转角，这会导致使用激光读出时输出急剧的减小。

另一方面，已经知道一种非晶态膜，它是主要由Co和Fe构成的过渡金属与主要由Na和Pr构成的稀土元素形成的合金（参见T.R.McGuire等人、“Nd-Co和Nd-Fe合金的磁光性质”，J.Appl、phys，61（8），15，4，1987，pp.3352～3354）。尽管这种膜在短波长下具有大的磁光效应，但它是面磁化的，而不是垂直磁化，所以不能实现高密度记 录。

Ito等人已提出利用膜与膜之间的交换耦合把Nd合金稀土-过渡金属非晶态膜和TbFeCo非晶态膜叠合在一起形成双层膜，文章标题为“多层Nd合金的磁和磁光性质”，刊登在1989年日本第13期磁学讨论会论文汇编第325页。然而，其中所揭示的双层膜在400nm的波长下克尔转角为0.3°，并不能完全达到Nd合金本来具备的克尔转角。

除了非晶态材料，在其它的材料中，已知晶态Co和Fe具有在短波长下的大磁光效应。然而，不可能形成垂直磁化膜，所以作为磁光材料它们未引起注意。

人们一直试图利用两膜之间的交换耦合，将面磁化膜Co和垂直磁化膜TbFeCo合起来，以获得一种垂直磁化膜（参见H.若林等人写的“Co/TbFeCo交换耦合膜的磁和磁光性质”，刊登在日本第13届磁学研讨会论文汇编第326页）。然而，根据提出的方法，为了获得具有好的垂直度的双层膜，Co膜的厚度必须为25A°或更少。因此，这种膜仅在短波长下具有由单独的TbFeCo膜得来的低克尔转角。

因此，本发明的目的是提供一种磁光记录介质，它具有短波长下的足够大的磁光效应，使磁化强度在垂直于膜平面方向上重新取向，并允许高密度记录。

根据本发明的一种磁光介质组成如下：第一磁性层，由稀土-过渡金属非晶态膜构成，其中包括至少一种从Tb.Dy和Gd组中选出的一种稀土金属元素，至少一种从Fe、Co组中选出的过渡金属 元素;第二磁性层，由稀土-过渡金属非晶态膜，或至少包括一种从Fe和Co中选出的元素的晶态膜构成，所述稀土-过渡金属非晶态膜包括至少一种从Nd、Pr组中选出的稀土金属元素和至少一种从Fe、Co中选出的过渡金属元素;第三磁性层，由稀土-过渡金属非晶态膜构成，其中包括至少一种从Tb、Dy和Gd组中选出的稀土金属元素，至少一种从Fe、Co组中选出的过渡金属元素。这些层依次顺序叠合，并且上述第一层是光入射的第一层。

第一层的厚度要求不超过20nm，以允许足够量的光能透过，便于最大限度的利用第二层优异的磁光效应，而且第一层的厚度要不小于1nm，以产生与第二层之间的磁交换耦合，这样可产生足够强的垂直磁化强度。

第二层的厚度要求不大于20nm，以允许接收来自第一层和第三层的磁交换耦合作用，同时也要求厚度不小于1nm，以保证在短波长下的优异的磁光效应。

第三层的厚度要求不小于2nm，最好不小于5nm，以允许发挥足够强的磁交换耦合作用，从成本的角度考虑，厚度的上限最好不超过200nm。

第一层和第三层的居里温度最好不大于300℃，这可使它们适合于用激光束加热来写入（信息）。更佳的温度范围是不小于100℃不大于200℃。

第二磁性层的最佳成份可由下面这个公式表示：

（A_1-aB_a）x（Fe_1-bCo_byT_z，其中A是从Nd和Pr组中选出的至少一种元素，B是从Tb、Dy、Gd组中选出的 至少一种元素，T是从过渡金属组中选出的至少一种元素，用于改善抗蚀性，0≤a≤0.9，0≤b≤1，0≤x≤40，0≤z≤10，且x+y+z＝100。

第一和第三磁性层的实例有TbFeCo、GdTbFeCo、DyTbFeCo、DyFeCo以及DyGdFeCo膜。

T组的过渡金属元素由Ti、Zr、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Pd、Pt、Au、Al组成，它们已知能改善抗蚀性。这些元素可以包括在第一和第三层中。由于过量地添加这些元素会破坏磁性膜各自的预期的性质，所以，在两种膜中，可以添加的总数必须小于10%（原子）。

本发明的实施例将参照附图加以说明。

图1是一种通常磁光记录介质的结构的截面图。

图2是在TbFeCo/NdCo/TbFeCo三层膜中一种显示第一层厚度与Kerr旋转角之间关系的曲线图。

图3是一种上述三层膜实例的Kerr磁滞曲线图。

图4是在TbFeCoCr/NdFeCo/TbFeCo三层膜中，第二层厚度与Kerr旋转角之间关系的曲线图。

图5是在TbFeDoTa/PrFeCo/TbFeCoTa三层膜中，第三层厚度与Kerr旋转角之间关系的曲线图。

图6是在TbFeCo/NdCo/TbFeCo三层膜中和TbFeCo单层膜中入射光波长与质量优值之间关系的曲线图。

图7是TbFeCo/Fe/TbFeCo三层膜中第一层厚度与Kerr旋转角之间的关系曲线图。

图8是在TbFeCo/Co/TbFeCo三层膜中第二层的厚度与Kerr旋转角之间的关系曲线图。

图1是一种一般的三层结构的截面图，它由形成在玻璃基底4上的第一层1、第二层2，第三层3构成，激光束L从三层膜的第一层入射。在该实施例中所有膜都由DC磁控溅射法形成。

首先制备的样品中，用Tb₂₁Fe₇₅Co₄（矫顽力Hc＝5kOe、居里温度Tc＝200℃）非晶态膜作第一和第三层，用Nd₂₀Co₈₀非晶态膜作第二层。第二层的厚度固定为10nm，第三层的厚度固定为100nm，第一层的厚度t₁是可变的，图2示出了剩余克尔转角的值，是用从玻璃基底入射的波长为400nm的激光束测得的，这个图说明了第一层的厚度要求不小于1nm以及不大于20nm，这样可取得0.3°或大于0.3°的克尔转角，这适合于实际应用。

图3显示了一种有代表性的克尔磁滞回线，是利用从样品的玻璃基底入射的波长为400nm的激光束测得的，所测试的样品的第一层厚度为5nm。该图说明了所获得的适合于磁光记录的垂直磁化膜并显示出它具有矫顽力为2kOe的优异的垂直度。

接下来制备的几种样品中，用Tb₂₀Fe₄₅Co₂₉Cr₆（矫顽力Hc＝7kOe，居里温度Tc＝350℃）非晶态膜作第一层，用Nd₂₀（Fe_0.65Co_0.35）₈₀非晶态膜作为第二层用Tb₂₁Fe₇₅Co₄非晶态膜作为第三层。第一层厚度固定为5nm，第三层厚度固定为100nm，第二层的厚度t₂是可变的。图4显示了剩余克尔转角的值，是用从玻璃基底入射的波长为 400nm的激光束测得的。该图说明了当第二层厚度不小于1nm不大于20nm时，可获得适合于实用的0.3°或大于0.3°的克尔转角。

接下来制备的几种样品中，用Tb₂₄Fe₆₅Co₆Ta₅（矫顽力Hc＝8kOe、居里温度Tc＝150℃）非晶态膜作第一和第三层，用Pr₂₀（Fe_0.5Co_0.5）₈₀非晶态膜作第二层。第一层的厚度固定为5nm，第二层的厚度固定为15nm，第三层的厚度t₃是可变的。图5显示了剩余克尔转角的值，是使用从玻璃基底入射的波长为400nm的激光束测得的。该图说明了当第三层厚度不小于2nm时可获得适合于实用的0.3°或0.3°以上的克尔转角。

对于一种三层膜样品来说，其中第一层是厚度为5nm的Tb₁₉Fe₆₇Co₁₀Nb₄膜，第二层是厚度为10nm的Pr₂₀Fe₂₄Co₅₆膜，第三层是厚度为50nm的Tb₁₉Fe₆₇Co₁₀Nb₄膜，在与上述相同的条件下测得克尔转角为0.4°，矫顽力为2kOe。克尔磁滞回线具有优异的垂直度。

图6显示出一种Tb₁₈Fe₄₉Co₃₃（厚度为5nm）/Nd₂₀Co₈₀（厚度10nm）/Tb₁₈Fe₄₉Co₃₃（厚度100nm）的三层膜的质量优值（反射率的平方根与克尔角之积）与入射光波长的函数关系（1）。该图还显示了用于比较的一般的Tb₂₅Fe₆₅Co₁₈膜的质量优值（2）。从该图可明显看出根据本发明的三层膜的质量优值在整个波长范围内都高于一般材料的质量优值，是一种优异的磁光记录材料。

下面的解释涉及采用晶态Co、Fe或它们的合金作为第二层的实验样品（实施例）。

首先制备的几种样品中，用Tb₁₈Fe₄₉Co₃₃非晶态膜作第一层和第三层膜，用Fe晶态膜用作第二层，第二层的厚度固定为7nm，第三层的厚度固定为100nm，第一层的厚度t₁是可变的。图7显示出剩余克尔转角的值，是利用从玻璃基底入射的波长为400nm的激光束测得的。该图表明，为了获得0.3°或更大的克尔转角以适于实际使用，第一层的厚度要求不小于1nm，不大于20nm，与第二层是稀土-过渡金属非晶态膜的情况相同。

接下来制备的几种样品中，用Tb₁₆Fe₄₉Co₃₃非晶态膜作第一和第三层，用Co晶态膜作第二层。第一层的厚度固定为10nm，第三层的厚度固定为100nm，第二层的厚度t₂是可变的。图8示出了剩余克尔转角的值，这是利用从玻璃基底入射的波长为400nm的激光束测得的，该图还说明，为了获得0.3°或更大的克尔转角以便于实际使用，第二层的厚度要求不小于1nm，不大于20nm，与第二层是稀土-过渡金属非晶态膜的情况相同。

Tb₂₁Fe₇₅Co₁₄（t₁＝5nm）/Co（t₂＝5nm）/Tb₂₁Fe₇₅Co₄（t₃＝100nm）三层膜的其它特征如下：矫顽力＝2kOe，克尔转角θk＝0.4°（用波长为400nm的激光束测得）。Tb₂₁Fe₇₃Co₆（t₁＝7nm）/Fe（t₂＝7nm）/Tb₂₁Fe₇₃Co₆（t₃＝100nm）三层膜的其它特征如下：矫顽力＝3kOe，克尔转角θk＝0.35°（用波长为400nm的激光束测得）。上述两种三层膜的克尔磁滞回路具有优 异的垂直度。

所说明的另一些实施例中，第二层是Co和Fe的晶态合金。Tb₁₈Fe₄₉Co₃₃（t₁＝10nm）/Fe₇₀Co₃₀（t₂＝5nm）/Tb₁₈Fe₄₉Co₃₃（t₃＝100nm）三层膜的特征如下：矫顽力＝1.4kOe，克尔转角θk＝0.45°（用波长为400nm的激光束测得）。Tb₁₈Fe₄₉Co₃₃（t₁＝20nm）/Te₇₀Co₃₀（t₂＝5nm）/Tb₁₈Fe₄₉Co₃₃（t₃＝100nm）三层膜的特征如下：矫顽力＝1.9kOe，克尔转角θk＝0.30°（用波长为400nm的激光束测得）。Tb₁₈Fe₄₉Co₃₃（t₁＝10nm）/Fe₅₀Co₅₀（t₂＝7nm）/Tb₁₉Fe₄₉Co₃₃（t₃＝100nm）三层膜的特征如下：矫顽力＝1.7kOe，克尔转元θk＝0.4°（用波长为400nm的激光束测得）。上述所有样品在短波下都具有高的克尔转角、高矫顽力，这使得它们适合于实际使用。两种三层膜的克尔磁滞回线都具有优异的垂直度。

上面已经给出各种各样的情况的特殊实施例，其中第一和第三层都是TbFeCo合金膜，第二层包括从Nd或Pr（下文中称为NNd组）构成的组中选出的至少一种稀土元素。

本发明的一个主要目的是要获得一种具有高的垂直磁化各向异性和在短波长情况下高克尔转角的磁光记录膜。这可以通过在具有高垂直磁化各向异性（即使是短波长下有低的Kerr旋转角）的磁光记录膜之间夹上一种具有平面磁化强度但在短波长下有高克尔转角的磁光记录膜，并且优选它们各自的厚度来完成。因此任一种磁光记录介 质，只要它具有与TbFeCo合金实质上相同的特性就可以用作第一层和第三层。例如GdTbFeCo膜就可能被用作第一层和第三层，因为GdTbFeCo在克尔转角和垂直磁化各向异性方面并不劣于TbFeCo，如D、K、Hairston等人在题为“在GbTb-过渡金属薄膜中过渡金属与磁光信号的相关性”的文章的图2中所示那样（J.Appl.phys.63（8），1988年4月15日pp3621-3622）。而且，在一篇题为“非晶态稀土-过渡金属磁光盘中成分与记录噪声的关系”的文章中（J.Appl.phys.63（8）15.4.1988，pp.3856-3858）的图4中所示的DyTbFeCo盘和TbFeCo盘的评估表明两者的性能实际上是一致的。基于这个观点，TbFeCo膜也可能被DyTbFeCo膜代替。此外，如Endo等人的文章“非晶态Dy-Fe-Co和Tb-Fe-Co膜的磁和磁光性质”（日本磁学协会杂志，第8卷，第2期，1984，pp101-104）所说明的，DyFeCo膜具有与TbFeCo膜类似的磁和磁光性质。因此，DyFeCo膜也可用作第一和第三层，以替换TbFeCo膜。如Sumi等人的文章“GdDyFeCo磁光盘的读/写特征”（日本（1987）第11届磁学研讨会论文集，p273）所说明的，GdDyFeCo膜是具有大体上与TbFeCo膜相同性质的一种磁光记录材料，因此TbFeCo膜也可以被GdDyFeCo膜替代。

至少要从Tb、Dy和Gd组（下文中称为Tb组）中选出一种稀土元素加到第二层中。这是因为在第二层中添加Tb组中的元素可 以提高第二层本身的垂直磁化各向异性，即增加整个三层膜的垂直磁化各向异性。然而，如果Tb组元素的添加总量过大，Nd组元素的总数量就变得不足，因此第二层以及整个三层膜就不具有短波长下的高克尔转角。因此，Tb组元素的添加总量不应超过所有稀土元素的90%（原子）。添加了Tb组元素的稀土-过渡金属非晶态膜可作为第二层的例子有NdGdFeCo膜。如Ito等人在题为“多层Nd合金的磁和磁光性质”一文的图3中所说明的那样（日本（（1989）第13届磁学研讨会论文集，P325），Nd₅Gd₂₂（Te₆₈Co₃₂）₇₃单层膜在400nm波长下克尔转角0.336°。这大于400nm下TbFeCo的值（近似为0.2°）。并且，它的频谱形状显示出在短波长下克尔转角的减小是小的。因此，预期使用这种膜作为本发明的三层膜中的第二层会产生在短波长范围下的足够大的克尔转角。

添加了Tb组元素的能作为第二层膜的稀土-过渡金属非晶态膜的其它例子有NdTbFeCo膜。如Ota在题为“光存储的高密度记录”一文的图7中所示的那样（日本磁学协会杂志，Vol.14，No.4，1990，pp617～623），Nd₁₂Tb₁₆Fe₃₆Co₃₆膜具有与NdGdFeCo膜大体相同的性质，所以预期将它用作第二层可产生在短波长下足够大的克尔转角。

NdDyFeCo膜也可用作第二层，因为即使在稀土-过渡金属非晶态层中，用Dy替代Tb时，它的磁光性质也不发生大的变化，如前述的Endc等人的文章中所述的那样。

根据本发明，可获得一种即便在短波长下也具有足够大的磁光效应的磁光记录介质，并且是一种垂直磁化膜。

Claims (5)

1、一种磁光记录介质，具有一第一磁性层，由稀土一一过渡金属非晶态膜构成，其厚度不小于1nm且不大于20nm，包括至少一种从Tb、Dy和Cd组中选择出的稀土元素，还包括至少一种从Fe和Co组中选出的过渡金属元素；其特征在于还包括：一第二磁性层，其厚度不小于1nm且不大于20nm，由稀土过渡金属非晶态膜或包括至少一种从Fe和Co组中选出的元素形成的晶态膜构成，所述稀土过渡金属非晶态膜包括至少一种从Nd和Pr组中选出的稀土元素，以及至少一种从Fe和Co组中选出的过渡金属元素；以及一第三磁性层，其厚度不小于2nm，由稀土过渡金属非晶态膜构成，包括至少一种从Tb、Dy和Gd组中选出的稀土元素，还包括至少一种从Fe和Co组中选出的过渡金属元素，所述层被依次层叠，光首先入射所述第一层。

2、根据权利要求1的磁光介质，其特征在于所述第二层可由下述公式表示（A_1-aBa）_x（Fe_1-bCo_b）_yT_z，其中，A是至少一种从Nd和Pr组中选出的元素，B是至少一种从Tb、Dy和Gd组中选出的元素，T是至少一种从过渡金属组中选出的元素，用以改善抗蚀性，这些元素可以被包含在所述第一或第三磁性层中，其中，0≤a≤0.9，0≤b≤1，0≤x≤40，0≤z≤10，和x+y+z＝100。

3、根据权利要求1或2的磁光介质，其特征在于所述第三层是TbFeCo膜、GdTbFeCo膜、DyTbFeCo膜、DyFeCo膜、或DyGdFeCo膜。

4、根据权利要求1或2的磁光介质，其特征在于：所述第一和第三磁性层包含至少一种从过渡金属组中选出的元素，用以改善抗蚀性。

5、根据权利要求1或2的磁光介质，其特征在于：所述的用以改善抗蚀性的过渡金属组由Ti、Zr、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Pd、Pt、Au和Al组成。

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