DE4430222B4

DE4430222B4 - Magnetooptisches Speicherelement

Info

Publication number: DE4430222B4
Application number: DE4430222A
Authority: DE
Inventors: Michinobu Mieda; Hiroyuki Katayama; Akira Takahashi; Kenji Ohta
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1993-08-27
Filing date: 1994-08-25
Publication date: 2006-11-23
Anticipated expiration: 2014-08-26
Also published as: US5414652A; DE4430222A1

Abstract

Magnetooptisches Speicherelement mit:
– einem transparenten Substrat (1);
– Gräben, die auf mindestens einer Oberfläche des transparenten Substrats (1) ausgebildet sind, um einen Lichtstrahl (11) zu führen;
– erhabenen Bereichen, die jeweils zwischen den Gräben ausgebildet sind;
– einer magnetooptischen Aufzeichnungsschicht (3), die auf derjenigen Oberfläche des transparenten Substrats (1) ausgebildet ist, auf der sich die Gräben befinden;
– einer Ausleseschicht (9), die zwischen dem transparenten Substrat (1) und der magnetooptischen Aufzeichnungsschicht (3) ausgebildet ist und die bei Raumtemperatur eine in der Ebene liegende Magnetisierung und bei einem Termpaturanstieg einen Übergang von der in der Ebene liegenden Magnetisierung auf eine rechtwinklige Magnetisierung zeigt, und
– in den Gräben und auf den erhabenen Bereichen ausgebildeten Spuren zum Aufzeichnen und Wiedergeben von Information; wobei
– die Breiten jedes Grabens und jedes erhabenen Bereichs gleich sind; und
– die Grabentiefe d so gewählt ist, dass...

Description

Die Erfindung betrifft ein magnetooptisches Speicherelement nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein solches Speicherelement findet Verwendung in einem magnetooptischen Aufzeichnungsgerät, wie einer magnetooptischen Platte, einem magnetooptischen Band oder einer magnetooptischen Karte.
Die Forschung und die Entwicklung magnetooptischer Platten als überschreibbarer optischer Platten schreiten fort, und verschiedene magnetooptische Platten werden bereits in der Praxis als externe Speicher für Computer verwendet.
Magnetooptische Platten verwenden einen rechtwinklig magnetisierten Film als Aufzeichnungsmedium, wobei die Aufzeichnung und Wiedergabe von Information unter Verwendung von Licht erfolgt. Eine magnetooptische Platte zeichnet sich dadurch aus, daß sie im Vergleich mit einer Diskette oder einer Festplatte mit einem Film in der Ebene liegender Magnetisierung hohe Speicherkapazität aufweist.
Seit Jahren besteht Nachfrage nach Speichern immer größerer Kapazität weswegen intensiv auf den Gebieten von Festplatten und magnetooptischen Platten geforscht wird, um verbesserte Aufzeichnungsdichte zu erzielen.

Die Veröffentlichung Nr. 57859/1988 eines geprüften japanischen Patents (Tokukosho 63-57859) schlägt ein optisches Aufzeichnungs- und Wiedergabegerät vor, das hohe Aufzeichnungsdichte dadurch erzielt, daß Grabenbereiche und erhabene Bereiche mit Breiten im Verhältnis von im wesentlichen 1 zu 1 auf einem transparenten Substrat bereitgestellt werden und Information entlang von Führungsspuren aufgezeichnet und wiedergegeben wird, die in den Graben- und erhabenen Bereichen ausgebildet sind.

Bei der vorstehend genannten herkömmlichen Struktur steigt jedoch dann, wenn die Spurdichte erhöht wird und Information von einer Spur in einem Grabenbereich (oder einem erhabenen Bereich) abgespielt wird, das Ausmaß an Übersprechen, wie es durch Spuren auf benachbarten erhabenen Bereichen (oder Grabenbereichen) hervorgerufen wird, an. Dies stellt eine Beschränkung hinsichtlich des Erhöhens der Aufzeichnungsdichte dar.

Aus der EP 0 543 800 A2 ist ein magnetooptisches Speicherelement bekannt, das ein transparentes Substrat aufweist. In einer Oberfläche des transparenten Substrats sind Gräben ausgebildet, um daraus Information durch ein optisches System mittels eines Lichtstrahls wiederzugeben. Zwischen den Gräben sind erhabene Bereiche vorhanden. Eine magnetooptische Aufzeichnungsschicht ist auf derjenigen Oberfläche des transparenten Substrats ausgebildet, auf der sich sowohl die Gräben als auch die erhabenen Bereiche befinden. In den Gräben sind Spuren zum Aufzeichnen und Wiedergeben der Information vorhanden, wobei die Breiten jedes Grabens und jedes erhabenen Bereiches im wesentlichen gleich sind.

Weiterhin ist auch aus der US 4,423,502 ein optisches Speichermedium bekannt, bei dem in einer Oberfläche eines transparenten Substrats Gräben ausgebildet sind, um einen Lichtstrahl zu führen. Zwischen den Gräben sind jeweils erhabene Bereiche vorhanden. Eine optische Aufzeichnungsschicht ist auf derjenigen Oberfläche des transparenten Substrats ausgebildet, auf der sich sowohl die Gräben als auch die erhabenen Bereiche befinden. In den Gräben und den erhabenen Bereichen sind Spuren zum Aufzeichnen und Wiedergeben von Information vorgesehen, wobei die Breiten jedes Grabens und jedes erhabenen Bereichs im wesentlichen gleich sind. Für die Grabentiefe werden bestimmte Bedingungen angegeben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein magnetooptisches Speicherelement zu schaffen, mit dem selbst bei erhöhter Spurdichte, d. h. bei verringerten Breiten der Gräben und der erhabenen Bereiche, ein Signal zufriedenstellender Qualität mit hoher Aufzeichnungsdichte erhalten wird.

Das erfindungsgemäße magnetooptische Speicherelement ist durch die Lehre des beigefügten Patentanspruchs gegeben. Die Erfindung ermöglicht ein Speicherelement, bei dem beim Abspielen von Information von einer Spur in einem Graben oder auf einem erhabenen Bereich der Pegel des Übersprechens, wie es durch Spuren in den benachbarten erhabenen Bereichen oder Gräben hervorgerufen wird, deutlich im Vergleich zum Fall verringert ist, bei dem die Bedingungen dieses Patentanspruchs nicht erfüllt sind. Daher können selbst bei erhöhter Spurdichte, d. h. bei verfeinerten Breiten der Graben- und erhabenen Bereiche, Signale mit zufriedenstellender Qualität erhalten werden. D. h., mit einer solchen magnetooptischen Platte kann eine hohe Aufzeichnungsdichte erzielt werden.

Für ein vollständigeres Verständnis der Art und der Vorteile der Erfindung ist auf die folgende detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen Bezug zu nehmen.
1 ist ein Vertikalschnitt, der schematisch die Struktur einer magnetooptischen Platte zeigt.
2(a) und 2(b) sind Ansichten zum Erläutern eines Verfahrens zum Messen des Übersprechpegels bei der magnetooptischen Platte von 1.
3 ist ein Diagramm, das die Abhängigkeit des Übersprechens bei der magnetooptischen Platte von 1 von der Spurtiefe zeigt.
4 ist ein Vertikalschnitt, der schematisch die Struktur einer magnetooptischen Platte gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.
5 ist eine Ansicht des Magnetisierungszustands eines Materials, das als Ausleseschicht der magnetooptischen Platte von 4 verwendet wird.
6 ist ein Diagramm, das die Hystereseeigenschaft einer Zusammensetzung P im magnetisierten, in 5 dargestellten Zustand zwischen der Raumtemperatur und einer Temperatur T₁ zeigt.
7 ist ein Diagramm, das die Hystereseeigenschaft einer Zusammensetzung P im magnetisierten, in 5 dargestellten Zustand von der Temperatur T₁ bis zu einer Temperatur T₂ zeigt.
8 ist ein Diagramm, das die Hystereseeigenschaft einer Zusammensetzung P im magnetisierten, in 5 dargestellten Zustand von der Temperatur T₂ bis zu einer Temperatur T₃ zeigt.
9 ist ein Diagramm, das die Hystereseeigenschaft einer Zusammensetzung P im magnetisierten, in 5 dargestellten Zustand der Temperatur T₃ bis zur Curie-Temperatur Tc zeigt.
10 ist eine Ansicht zum Erläutern eines Verfahrens zum Abspielen der magnetooptischen Platte von 4.
11 ist ein Diagramm, das die Abhängigkeit des Übersprechens bei der magnetooptischen Platte von 4 von der Spurtiefe zeigt.
Wie durch 1 veranschaulicht, beinhaltet eine magnetooptische Platte
ein transparentes Substrat 1, eine transparente dielektrische Schicht 2, eine magnetooptische Aufzeichnungsschicht 3, eine transparente dielektrische Schicht 4, eine Reflexionsschicht 5 und eine Überzugsschicht 6, die in dieser Reihenfolge aufeinanderlaminiert sind.
Das transparente Substrat 1 ist ein kreisförmiges Glassubstrat mit einem Durchmesser von 130 mm und einer Dicke von 1,2 mm. Eine Oberfläche des transparenten Substrats 1 verfügt über Führungsspuren zum Führen eines Lichtstrahls. Die Führungsspuren sind in Graben- und erhabenen Bereichen mit einem Abstand von 1,6 μm ausgebildet. Die Breite jedes Graben- und jedes erhabenen Bereichs beträgt 0,8 μm.
Die transparente dielektrische Schicht 2 besteht aus AlN mit einer Dicke von 80 nm auf derjenigen Oberfläche des transparenten Substrats 1, auf der die Führungsspuren ausgebildet sind.
DyFeCo als Legierung aus einem Seltenerdmetall und einem Übergangsmetall ist mit einer Dicke von 20 nm auf der dielektrischen Schicht 2 ausgebildet, um die magnetooptische Aufzeichnungsschicht 3 zu erzeugen. Die DyFeCo-Zusammensetzung ist Dy_0,23(Fe_0,82Co_0,18)_0,77, mit einer Curie-Temperatur derselben von ungefähr 200°C.
Als transparente dielektrische Schicht 4 ist AlN mit einer Dicke von 20 nm auf der magnetooptischen Aufzeichnungsschicht 3 ausgebildet. Al mit einer Dicke von 40 nm ist als Reflexionsschicht 5 auf der transparenten dielektrischen Schicht 4 ausgebildet. Die Überzugsschicht 6 besteht aus einem unter Ultraviolettstrahlung aushärtenden Harz der Polyurethanacrylat-Reihe mit einer Dicke von 5 μm, die auf der Reflexionsschicht 5 liegt.
Die Führungsspuren auf einer Oberfläche des transparenten Substrats 1 werden durch reaktives Ionenätzen direkt auf dem Glassubstrat ausgebildet.
Die transparente dielektrische Schicht 2, die magnetooptische Aufzeichnungsschicht 3, die transparente dielektrische Schicht 4 und die Reflexionsschicht 5 werden in einer Sputtervorrichtung unter Verwendung eines Sputterverfahrens ohne Unterbrechen des Vakuumzustandes hergestellt.
Das AlN der transparenten dielektrischen Schichten 2 und 4 wird durch reaktives Sputtern ausgebildet, wobei ein Al-Target in N₂-Gasatmosphäre einen Sputtervorgang erfährt.
Die magnetooptische Aufzeichnungsschicht 3 wird durch Sputtern eines sogenannten Verbundtargets hergestellt, das dadurch hergestellt wurde, daß Dy-Schnitzel auf einem Target aus einer FeCo-Legierung angeordnet wurden, oder mit Hilfe eines Targets aus einer ternären Legierung aus DyFeCo unter Verwendung von Ar-Gas.
Die Überzugsschicht 6 wird durch Auftragen von Harz auf die Reflexionsschicht 5 unter Verwendung einer Schleuderbeschichtungsmaschine und durch Aushärten des Harzes unter Anwendung von Ultraviolettstrahlung auf dasselbe hergestellt.
Bei dieser Struktur wird Information in Spuren auf den Graben- und den erhabenen Bereichen der magnetooptischen Aufzeichnungsschicht 3 aufgezeichnet und von diesen abgespielt.
Um die Beziehung zwischen der Tiefe des Grabenbereichs und dem Übersprechungspegel zu untersuchen, wurden jeweils Gräben mit einer Tiefe von 50, 60, 70, 80 und 90 nm als Proben hergestellt.
Signale wurden nur auf den erhabenen Bereichen der magnetooptischen Aufzeichnungsschicht 3 jeder Probe auf gezeichnet, und es wurden Aufzeichnungsdomänen 7a mit einer Bitlänge von 0,765 μm ausgebildet, wie in 2(a) dargestellt. Die in den erhabenen Bereichen der magnetooptischen Aufzeichnungsplatte 3 aufgezeichneten Signale wurden dadurch abgespielt, daß ein Lichtstrahlfleck 8 so verstellt wurde, daß er den erhabenen Bereichen folgte, und die Signalpegel wurden gemessen.
Danach wurden Signale nur in den Grabenbereichen der magnetooptischen Aufzeichnungsschicht 3 jeder Probe aufgezeichnet, und es wurden Aufzeichnungsdomänen 7b mit einer Bitlänge von 0,765 μm ausgebildet, wie in 2(b) dargestellt. Die in den Grabenbereichen der magnetooptischen Aufzeichnungsschicht 3 aufgezeichneten Signale, d. h. die Überlaufsignale, wurden dadurch wiedergegeben, daß der Lichtsignalfleck 8 so verstellt wurde, daß er den erhabenen Bereichen folgte, und die Signalpegel wurden gemessen.
Der Unterschied zwischen den zwei Signalpegeln wurde als Übersprechungspegel erfaßt. Die Wellenlänge des für die Messung verwendeten Lichtstrahls betrug 780 nm. Die numerische Apertur einer Objektivlinse zum Konvergieren des Lichtstrahls in den Lichtstrahlfleck 8 auf der magnetooptischen Platte und zum Fokussieren des von der magnetooptischen Platte reflektierten Lichts war 0,55. Der Durchmesser des Lichtstrahls, d. h. der Durchmesser eines Bereichs des Lichtstrahlflecks 8, in dem die Lichtintensität 1/e² der Lichtintensität im Strahlzentrum war, betrug 1,2 μm.
Die Meßergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt. Die Ergebnisse zeigen an, daß sich das Übersprechen bei einer bestimmten Spurtiefe, d. h. einer Tiefe des Grabenbereichs von ungefähr 80 nm deutlich verringert ist.
[Tabelle 1]
3 zeigt eine berechnete Kurve, die dadurch erhalten wurde, daß die Beziehung zwischen der Spurtiefe und dem Übersprechungspegel simuliert wurde. Die berechnete Kurve entspricht im wesentlichen den durch o markierten Meßwerten. Gemäß dieser Kurve wird das Übersprechen bei einer Spurtiefe um 78 nm herum minimal (0,15 × λ/n, wobei λ die Wellenlänge des Lichtstrahls ist und n der Brechungsindex des transparenten Substrats 1 ist). Der Übersprechungspegel überschreitet – 23 dB nicht, wenn sich die Spurtiefe im Bereich von 66 bis 92 nm befindet. D. h., daß dann, wenn die Tiefe der Führungsspur k × λ/n ist, mit 0,13 ≤ k ≤ 0,18, das durch benachbarte Spuren hervorgerufene Übersprechen verringert ist und eine zufriedenstellende Qualität des Wiedergabesignals erzielt wird, was also ein Aufzeichnen mit hoher Dichte ermöglicht.
Tabelle 2 zeigt die Beziehung zwischen den Spurtiefen im vorstehend genannten Bereich und dem Übersprechungspegel, wenn das Verhältnis L/p verändert wird (L ist der Lichtstrahldurchmesser und p ist der Spurabstand). Gemäß Tabelle 2 nimmt, wenn L/p nicht größer als 1,2 ist, der Übersprechungspegel Werte von – 23 dB oder weniger an. Wenn L/p kleiner als 0,6 wird, überschreitet der Übersprechungspegel – 30 dB selbst dann nicht, wenn die Spurbreite außerhalb des vorstehend genannten Bereichs liegt, weswegen sich die Wirkung verringert. So wurde auf die vorstehend beschriebene Weise der Übersprechungspegel verringert, wenn der Lichtstrahldurchmesser L und die Spurbreite p der Bedingung 0,6 ≤ L/p ≤ 1,2 genügten. Tabelle 2 zeigt das Ergebnis von L/p = 0,75 (= 1,2 μm/1,6 μm).
Wie vorstehend beschrieben, überschreitet der Übersprechungspegel, wenn L/p kleiner als 0,6 wird, – 30 dB selbst dann nicht, wenn die Spurbreite außerhalb des vorstehend genannten Bereichs liegt. In diesem Fall ist es erforderlich, den Lichtstrahldurchmesser L zu verringern oder den Spurabstand p zu erhöhen. Jedoch ist ein Verringern des Lichtstrahldurchmessers technisch schwierig, und bei einem Erhöhen des Spurabstands p wird keine hohe Aufzeichnungsdichte erzielt.
[Tabelle 2]
Bei diesem Speicherelement wurde DyFeCo als Material für die magnetooptische Aufzeichnungsschicht 3 verwendet. Jedoch ist es nicht erforderlich, das Material auf DyFeCo zu beschränken. D. h., daß es möglich ist, Materialien zu verwenden, wie sie für die Entwicklung herkömmlicher magnetooptischer Platten verwendet werden, d. h. Materialien mit rechtwinkliger Magnetisierung von Raumtemperatur bis zur Curie-Temperatur, die in einem für Aufzeichnung geeigneten Temperaturbereich liegt, d. h. zwischen 150 und 250°C. Neben dem bei diesem Ausführungsbeispiel verwendeten DyFeCo sind z. B. TbFeCo, GdTbFe, NdDyFeCo, GdDyFeCo und GdTbFeCo wünschenswerte Materialien.
Was Materialien für die transparenten elektrischen Schichten 2 und 4 neben AlN betrifft, sind z. B. die folgenden geeignete Materialien: SiN, AlSiN, AlTaN, SiAlON, TiN, TiON, BN, ZnS, TiO₂, BaTiO₃ und SrTiO₃.
Was das transparente Substrat 1 betrifft, ist nicht nur ein solches aus einfachem Glas, sondern auch eines aus chemisch getempertem Glas geeignet. Alternativ kann ein sogenanntes Glassubstrat mit 2P-Schicht verwendet werden, das dadurch hergestellt wird, daß ein durch Ultraviolettstrahlung härtbarer Harzfilm auf einem Glassubstrat oder einem Substrat ausgebildet wird, das aus Polycarbonat (PC), Polymethylmethacrylat (PMMA), amorphem Polyolefin (APO), Polystyrol (PS), Polybiphenylchlorid (PVC) oder Epoxid besteht.
Wenn chemisch getempertes Glas als Material für das transparente Substrat 1 verwendet wird, werden die folgenden Vorteile erzielt: es ergeben sich ausgezeichnete mechanische Eigenschaften (Schwingung, Exzentrizität, Verwindung, Schrägstellung usw.); ein Zerkratzen durch Sand oder Staub ist unwahrscheinlich, da die Härte des transparenten Substrats 1 hoch ist; es ist unwahrscheinlich, daß Auflösung in verschiedenen Arten von Lösungsmitteln auftritt, da es chemisch stabil ist; es ist unwahrscheinlich, daß Sand oder Staub am Substrat anhaftet, da es sich schwerer auflädt als Kunststoffsubstrate; ein Zerbrechen ist unwahrscheinlich, da es chemisch verstärkt ist; zuverlässige Funktionsfähigkeit des magnetooptischen Aufzeichnungsmediums ist für lange Zeit gewährleistet, da die Feuchtigkeitsbeständigkeit, die Oxidationsbeständigkeit und die Wärmebeständigkeit verbessert sind; hohe Signalqualität wird erzielt, da es über ausgezeichnete optische Eigenschaften verfügt.
Wenn PC als Material für das transparente Substrat 1 verwendet wird, ist Spritzgießen ausführbar. Dies erlaubt Massenherstellung desselben transparenten Substrats 1 und eine Verringerung der Herstellkosten. Da ein aus PC hergestelltes transparentes Substrat 1 über geringere Wasseraufnahme als andere Kunststoffe verfügt, ist zuverlässige Funktionsfähigkeit der magnetooptischen Platte für längere Zeit gewährleistet, und es werden ausgezeichnete Wärmebeständigkeit und Schlagbeständigkeit erzielt.
Zusätzlich können, wenn Materialien einschließlich PC, die Spritzgießen erlauben, für das transparente Substrat 2 verwendet werden, eine Führungsspur, eine vorgeformte Vertiefung usw. gleichzeitig auf der Oberfläche des transparenten Substrats 1 durch Anbringen der Sohnplatte in der Metallform beim Spritzgießen ausgebildet werden.
Bei diesem Speicherelement ist die Reflexionsschicht 5 vorhanden. Jedoch ist es möglich, diese Schicht aus der Struktur wegzulassen. Obwohl beim vorstehenden Ausführungsbeispiel ein gewöhnlicher, einschichtiger Film mit rechtwinkliger Magnetisierung als magnetooptische Aufzeichnungsschicht 3 beschrieben wurde, kann auch ein mehrschichtiger Film verwendet werden, der ein Überschreiben unter Verwen dung von Lichtintensitätsmodulation oder hervorragende Auflösung ermöglicht.
Unter Bezugnahme auf die 4 bis 11 wird nun ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Teile mit denselben Funktionen wie beim vorstehend beschriebenen Speicherelement sind mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet, und ihre Beschreibung wird weggelassen.
Wie in 4 dargestellt, beinhaltet eine magnetooptische Platte gemäß diesem Ausführungsbeispiel ein transparentes Substrat 1, eine transparente dielektrische Schicht 2, eine Ausleseschicht 9, eine magnetooptische Aufzeichnungsschicht 3, eine transparente dielektrische Schicht und eine Überzugsschicht 6, die in dieser Reihenfolge aufeinanderlaminiert sind.
Das transparente Substrat 1 ist ein kreisförmiges Glassubstrat mit einem Durchmesser von 130 mm und einer Dicke von 1,2 mm. Auf der Oberfläche des transparenten Substrats 1 befinden sich Führungsspuren zum Führen eines Lichtstrahls. Die Führungsspuren sind in Graben- und erhabenen Bereichen mit einem Abstand von 1,6 μm ausgebildet. Die Breite jedes Graben- und jedes erhabenen Bereichs beträgt 0,8 μm.
Die transparente dielektrische Schicht 2 wird aus AlN mit einer Dicke von 80 nm auf derjenigen Oberfläche des transparenten Substrats 1 ausgebildet, die die Führungsspuren trägt.
Zum Herstellen der Ausleseschicht 9 wird auf der transparenten dielektrischen Schicht 2 eine Schicht aus GdFeCo als Legierung aus einem Seltenerdmetall und einem Übergangsmetall mit einer Dicke von 50 nm ausgebildet. Die GdFeCo-Zusammensetzung ist Gd_0,26(Fe_0,82Co_0,18)_0,74, mit einer Curie-Tempe ratur von ungefähr 300°C.
Die Ausleseschicht 9 zeigt bei Raumtemperatur eine im wesentlichen in der Ebene liegende Magnetisierung, mit einem Übergang auf rechtwinklige Magnetisierung bei Temperaturen zwischen 100 und 125°C.
Aus DyFeCo als Legierung aus einem Seltenerdmetall und einem Übergangsmetall wird auf der Ausleseschicht 9 eine Schicht zum Herstellen der magnetooptischen Aufzeichnungsschicht 3 mit einer Dicke von 50 nm ausgebildet. Die DyFeCo-Zusammensetzung ist Dy_0,23(Fe_0,82Co_0,16)_0,77, mit einer Curie-Temperatur von ungefähr 200°C.
Als transparente dielektrische Schicht 4 wird auf der magnetooptischen Aufzeichnungsschicht 3 AlN mit einer Dicke von 20 nm ausgebildet. Auf der transparenten dielektrischen Schicht 4 wird zum Herstellen der Überzugsschicht 6 ein unter Ultraviolettstrahlung aushärtendes Harz aus der Polyurethanacrylat-Reihe mit einer Dicke von 5 μm ausgebildet.
Das transparente Substrat 1, die transparente dielektrische Schicht 2, die magnetooptische Aufzeichnungsschicht 3, die transparente dielektrische Schicht 4 und die Überzugsschicht 6 werden mit den Materialien und Verfahren hergestellt, wie sie beim Speicherelement der 1 beschrieben sind.
Die Ausleseschicht 9 wird durch einen Sputtervorgang mit einem sogenannten Verbundtarget, das durch Anordnen von Gd-Schnitzeln auf einem Target aus einer FeCo-Legierung hergestellt wird, oder aus einem Target einer ternären Legierung aus GdFeCo unter Verwendung von Ar-Gas ausgebildet.
5 zeigt den Magnetisierungszustand einer Legierung aus einem Seltenerdmetall und einem Übergangsmetall, die als Material für die Ausleseschicht 9 verwendet wird. In 5 kennzeichnet die horizontale Achse den Gehalt an Seltenerdmetall (SE), während die vertikale Achse die Temperatur anzeigt. Wie es in dieser 5 dargestellt ist, ist der Zusammensetzungsbereich, in dem rechtwinklige Magnetisierung (mit A gekennzeichnet) auftritt, extrem schmal. Dies, weil rechtwinklige Magnetisierung nur in der Nähe der Kompensationszusammensetzung (mit P gekennzeichnet) beobachtet wird, bei der das magnetische Moment des Seltenerdmetalls mit dem des Übergangsmetalls im Gleichgewicht steht.
Da die magnetischen Momente des Seltenerdmetalls und des Übergangsmetalls verschiedene Temperaturcharakteristiken haben, wird das magnetische Moment des Übergangsmetalls bei hohen Temperaturen höher als das des Seltenerdmetalls. Daher wird der Gehalt an Seltenerdmetall im Vergleich zur Kompensationszusammensetzung erhöht, damit bei Raumtemperatur in der Ebene liegende Magnetisierung erreicht wird. Wenn ein Lichtstrahl eingestrahlt wird, steigt die Temperatur des bestrahlten Bereichs. Infolgedessen wird das magnetische Moment des Übergangsmetalls relativ groß und gleicht das magnetische Moment des Seltenerdmetalls aus, wodurch sich rechtwinklige Magnetisierung zeigt.
Die 6 bis 9 zeigen ein Beispiel für die Hystereseeigenschaft der Ausleseschicht 9. In jeder Figur kennzeichnet die horizontale Achse ein externes Magnetfeld (Hex), das rechtwinklig an die Filmoberfläche der Ausleseschicht 9 angelegt wird, und die vertikale Achse kennzeichnet den polaren Kerr-Rotationswinkel (Θk), wenn Licht aus der rechtwinkligen Richtung auf die Filmoberfläche gestrahlt wird. 6 zeigt die Hystereseeigenschaft der Zusammensetzung P in dem in 5 dargestellten Magnetisierungszustand zwischen Raumtemperatur und einer Temperatur T₁. Die 7 bis 9 zeigen die Hystereseeigenschaften der Zusammensetzung P bei Tempe raturen T₁ und T₂, T₂ und T₃ bzw. T₃ und der Curie-Temperatur Tc.
Im Temperaturbereich zwischen T₁ und T₃ wird eine Hystereseeigenschaft beobachtet, bei der sich der polare Kerr-Rotationswinkel auf das externe Magnetfeld hin plötzlich ändert. In den anderen Temperaturbereichen zeigt der polare Kerr-Rotationswinkel dagegen keine Hystereseeigenschaft.
Das Einschließen der Ausleseschicht 9 ermöglicht höhere Aufzeichnungsdichte. Der Grund hierfür wird nachfolgend erörtert.
Die Aufzeichnungsdichte eines magnetooptischen Aufzeichnungsmediums hängt von der Größe eines beim Aufzeichnen und Wiedergeben verwendeten Lichtstrahls auf dem magnetooptischen Aufzeichnungsmedium ab. Unter Verwendung der Ausleseschicht 9 wird es möglich, ein Aufzeichnungsbit wiederzugeben, das kleiner als die Größe des Lichtstrahls ist.
Beim Wiedergabeprozeß wird, wie dies durch 10 veranschaulicht ist, ein Wiedergabelichtstrahl 11 durch eine konvergierende Linse 10 und das transparente Substrat 1 auf die Ausleseschicht 9 gestrahlt. Hierbei ist angenommen, daß Information bereits gemäß den Magnetisierungsrichtungen aufgezeichnet ist, wie sie durch die Pfeile in 10 gekennzeichnet sind.
Der dem Wiedergabelichtstrahl 11 ausgesetzte Bereich der Ausleseschicht 9 zeigt um das Zentrum desselben herum den höchsten Temperaturanstieg, und daher wird die Temperatur im zentralen Bereich höher als im Randbereich. Dies, weil der Wiedergabelichtstrahl 11 durch die konvergierende Linse 10 bis zur Beugungsgrenze konvergiert wird, wodurch die Lichtintensitätsverteilung eine Normalverteilung wird und auch die Temperaturverteilung im Wiedergabebereich auf der magnetooptischen Platte im wesentlichen eine Normalverteilung wird. Wenn dann der Lichtstrahl 11 mit einer Intensität eingestrahlt wird, die bewirkt, daß die Temperatur im Bereich um das Zentrum die Temperatur T₁, wie in 5 dargestellt, erreicht oder überschreitet, erreicht die Temperatur im Randbereich den Wert T₁ oder ist kleiner als dieser. Da die Information nur aus Bereichen abgespielt wird, deren Temperatur dem wert T₁ entspricht oder größer ist, wird ein Aufzeichnungsbit wiedergegeben, das kleiner als der Durchmesser des Lichtstrahls 11 ist, wodurch sich eine deutlich erhöhte Aufzeichnungsdichte ergibt.
Genauer gesagt, ändert sich die Magnetisierung in einem Bereich mit einer Temperatur, die dem Wert T₁ entspricht oder höher ist, von in der Ebene liegender Magnetisierung auf rechtwinklige Magnetisierung (von 6 in 7 oder 8). Dabei wird die Magnetisierungsrichtung der magnetooptischen Aufzeichnungsschicht 3 durch eine Austauschkopplungskraft zwischen der Ausleseschicht 9 und der magnetooptischen Aufzeichnungsschicht 3 in die Ausleseschicht 9 kopiert. Andererseits wird, da die Temperaturen in den Randbereichen um den Bereich herum, der dem Zentrum des Wiedergabelichtstrahls 11 entspricht, nicht höher als T₁ sind, die in der Ebene liegende Magnetisierung aufrechterhalten, wie in 6 dargestellt. Demgemäß wird der polare Kerreffekt für den Lichtstrahl 11 nicht erzeugt, der rechtwinklig auf die Filmoberfläche aufgestrahlt wird.
Wie vorstehend beschrieben, erzeugt dann, wenn ein Bereich mit einem Temperaturanstieg eine Änderung von in der Ebene liegender Magnetisierung auf rechtwinklige Magnetisierung zeigt, nur der dem zentralen Bereich des Wiedergabelichtstrahls 11 entsprechende Bereich den polaren Kerreffekt. Dann wird in der magnetooptischen Aufzeichnungsschicht 3 aufgezeichnete Information durch das vom vorstehend genannten Bereich reflektierte Licht wiedergegeben.
Wenn der Wiedergabelichtstrahl 11 so verstellt wird (d. h. durch Verdrehen der magnetooptischen Platte), daß das nächste Aufzeichnungsbit abgespielt wird, erreicht die Temperatur des zuvor abgespielten Bereichs den Wert T₁ oder einen kleineren Wert, wodurch sich ein Übergang von rechtwinkliger Magnetisierung auf in der Ebene liegende Magnetisierung zeigt. Der Bereich, dessen Temperatur gefallen ist, erzeugt keinen polaren Kerreffekt mehr. Demgemäß wird Information aus einem Bereich, dessen Temperatur gefallen ist, nicht mehr abgespielt, und es wird verhindert, daß Störsignale durch Signale von benachbarten Bits erzeugt werden.
Wie vorstehend beschrieben, ist es unter Verwendung der Ausleseschicht 9 möglich, Signale wiederzugeben, die mit Abmessungen aufgezeichnet wurden, die kleiner als der Durchmesser des Lichtstrahls 11 sind. Darüber hinaus ist die Aufzeichnungsdichte erhöht, da benachbart aufgezeichnete Signale den Wiedergabevorgang nicht beeinflussen.
Bei dieser Struktur wird Information in Spuren auf der magnetooptischen Aufzeichnungsschicht 3 in den Graben- und den erhabenen Bereichen aufgezeichnet und von dort abgespielt.
Um die Beziehung zwischen der Tiefe des Grabenbereichs und dem Übersprechungspegel zu untersuchen, wurden Gräben mit einer Tiefe von 50, 60, 70, 80 und 90 nm jeweils in Proben ausgebildet. Darüber hinaus wurden zum Untersuchen der Beziehung zwischen dem Spurabstand und dem Übersprechungspegel Proben mit Spurabständen von 1,2, 1,3 und 1,4 μm hergestellt.
Der Übersprechungspegel wurde unter Verwendung dieser Proben auf die beim Speicherelement der 1 beschriebene Weise gemessen.
Die Meßergebnisse sind in Tabelle 3 dargestellt. Wie beim vorstehend angegebenen Speicherelement zeigen die Ergebnisse an, daß sich das Übersprechen deutlich verringert, wenn die Spurtiefe, d. h. die Tiefe des Grabenbereichs, ungefähr 80 nm betrifft.
[Tabelle 3]
11 zeigt eine berechnete Kurve, die die Beziehung zwischen der Spurtiefe und dem Übersprechungspegel repräsentiert wie durch eine Simulation ähnlich derjenigen beim Speicherelement der 1 erhalten. Die berechnete Kurve entspricht im wesentlichen den durch Δ markierten Meßwerten. Gemäß der Kurve ist das Übersprechen minimal, wenn die Spurtiefe ungefähr 76 nm ist, welcher Wert kleiner als beim Speicherelement der 1 ist.
Tabelle 4 zeigt den Übersprechungspegel, wenn das Verhältnis des Lichtstrahldurchmessers L zum Spurabstand p variiert wird. Gemäß Tabelle 4 überschreitet der Übersprechungspegel – 23 dB nicht, wenn das Verhältnis L/p den Wert 1,33 oder einen kleineren Wert hat. Wenn das Verhältnis L/p kleiner als 0,86 wird, erreicht der Übersprechungspegel den Wert – 30 dB oder weniger selbst dann, wenn die Spurtiefe außerhalb des vorstehend angegebenen Bereichs liegt, und es verringert sich die Wirkung der Erfindung. Wenn das Verhältnis L/p im Bereich 0,6 ≤ L/p ≤ 1,3 liegt, ist der Übersprechungspegel verringert, wie oben angegeben. Demgemäß ist es möglich, den Spurabstand kleiner als beim Speicherelement der 1 zu machen.
Wie vorstehend beschrieben, liegt der Übersprechungspegel dann, wenn das Verhältnis L/p kleiner als 0,86 wird, selbst dann auf dem Wert – 30 dB oder auf einem kleineren, wenn die Spurtiefe außerhalb des vorstehend angegebenen Bereichs liegt. In diesem Fall ist es erforderlich, den Lichtstrahldurchmesser L zu verringern oder den Spurabstand p zu erhöhen. Jedoch ist eine Verringerung des Lichtstrahldurchmessers L technisch schwierig, und wenn der Spurabstand p erhöht wird, läßt sich keine hohe Aufzeichnungsdichte erzielen.
Gemäß Tabelle 3 beträgt bei der Probe mit einer Spurtiefe von 80 nm selbst dann, wenn der Spurabstand 1,2 μm beträgt, der Übersprechungspegel – 23 dB oder er hat einen kleineren Wert. Daher ist es möglich, Aufzeichnung mit hoher Dichte zu erzielen.
[Tabelle 4]
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die GdFeCo-Zusammensetzung der Ausleseschicht 9 nicht auf das vorstehend genannte Material Gd_0,26(Fe_0,82Co_0,16)_0,74 begrenzt. Die Ausleseschicht 9 muß bei Raumtemperatur im wesentlichen in der Ebene liegende Magnetisierung aufweisen, und sie muß bei darüberliegenden Temperaturen einen Übergang von in der Ebene liegender Magnetisierung auf rechtwinklige Magnetisierung zeigen. Zusätzlich zu dem bei diesem Ausführungsbeispiel verwendeten GdFeCo sind z. B. GdCo, GdFe, TbFeCo, DyFeCo und HoFeCo geeignete Materialien.
Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Ausleseschicht 9 und die magnetooptische Aufzeichnungsschicht 3 zwischen die transparenten dielektrischen Schichten 2 und 4 eingebettet. Jedoch ist es möglich, die Reflexionsschicht 5 zwischen der transparenten dielektrischen Schicht 4 und der Überzugsschicht 6 anzubringen oder die transparente dielektrische Schicht 4 durch eine (nicht dargestellte) Abstrahlungsschicht zu ersetzen. Bei diesem Ausführungsbeispiel wurde für die magnetooptische Aufzeichnungsschicht 3 des magnetooptischen Aufzeichnungsmediums ein einlagiger Film verwen det. Jedoch ist es auch möglich, einen Film mit mehrlagiger Struktur zu verwenden, um ein Überschreiben unter Verwendung von Lichtintensitätsmodulation zu ermöglichen.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wurde eine magnetooptische Platte erläutert. Jedoch ist die Erfindung nicht nur auf magnetooptische Platten anwendbar, sondern auch auf andere magnetooptische Speicherelemente wie magnetooptische Bänder und magnetooptische Karten.
Die magnetooptische Platte beinhaltet folgendes: Grabenbereiche, die mindestens auf einer Oberfläche des transparenten Substrats 1 ausgebildet sind, um den Lichtstrahl 11 zu führen; die magnetooptische Aufzeichnungsschicht 3 auf der Oberfläche des transparenten Substrats 1, auf der sich die Grabenbereiche befinden; und erhabene Bereiche, die zwischen den Grabenbereichen ausgebildet sind. Die Breite jedes Grabenbereichs und diejenige jedes erhabenen Bereichs sind im wesentlichen gleich. Information wird in Spuren in den Grabenbereichen und in Spuren in den erhabenen Bereichen aufgezeichnet und von dort abgespielt. Die Tiefe d (Spurtiefe) der Grabenbereiche ist so eingestellt, daß die folgende Bedingung erfüllt ist: 0,13 × λ/n ≤ d ≤ 0,18 × λ/n,wobei λ die Wellenlänge des Lichtstrahls 11 ist und n der Brechungsindex des transparenten Substrats 1 ist.
Wenn angenommen wird, daß der Durchmesser des Lichtstrahls im Bereich, in dem seine Intensität den Wert 1/e² erreicht, L ist, wird der Spurabstand p so gewählt, daß die folgende Bedingung erfüllt ist: 0,6 ≤ L/p ≤ 1,2.
Bei dieser Anordnung ist dann, wenn Information von einer Spur von einem Grabenbereich (oder erhabenen Bereich) abge spielt wird, der Pegel des Übersprechens von Spuren in benachbarten erhabenen Bereichen (oder Grabenbereichen) im Vergleich zum Fall deutlich verringert, bei dem die Tiefe und der Abstand der Spuren die vorstehend genannten Bedingungen nicht erfüllen. Dadurch kann zufriedenstellende Signalqualität selbst dann erreicht werden, wenn die Spurdichte erhöht wird, d. h., wenn die Breite der Graben- und der erhabenen Bereiche kleiner gemacht wird. D. h., daß eine solche magnetooptische Platte hohe Aufzeichnungsdichte erzielt.

Claims

Magnetooptisches Speicherelement mit: – einem transparenten Substrat (1); – Gräben, die auf mindestens einer Oberfläche des transparenten Substrats (1) ausgebildet sind, um einen Lichtstrahl (11) zu führen; – erhabenen Bereichen, die jeweils zwischen den Gräben ausgebildet sind; – einer magnetooptischen Aufzeichnungsschicht (3), die auf derjenigen Oberfläche des transparenten Substrats (1) ausgebildet ist, auf der sich die Gräben befinden; – einer Ausleseschicht (9), die zwischen dem transparenten Substrat (1) und der magnetooptischen Aufzeichnungsschicht (3) ausgebildet ist und die bei Raumtemperatur eine in der Ebene liegende Magnetisierung und bei einem Termpaturanstieg einen Übergang von der in der Ebene liegenden Magnetisierung auf eine rechtwinklige Magnetisierung zeigt, und – in den Gräben und auf den erhabenen Bereichen ausgebildeten Spuren zum Aufzeichnen und Wiedergeben von Information; wobei – die Breiten jedes Grabens und jedes erhabenen Bereichs gleich sind; und – die Grabentiefe d so gewählt ist, dass die folgende Bedingung erfüllt ist: 0,13·λ/n ≤ d ≤ 0,18·λ/n,wobei λ die Wellenlänge des Lichtstrahls ist und n der Brechungsindex des transparenten Substrats (1) ist, und – der Spurabstand p wie folgt gewählt ist: 0,86 ≤ L/p ≤ 1,33,wobei L der Durchmesser eines Bereichs des Lichtstrahls ist, an dessen Rand die Lichtintensität 1/e² der Lichtintensität in der Mitte des Strahls ist.