專利名稱：磁光記錄介質(zhì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種磁光記錄介質(zhì)，當(dāng)暴露在短波長(zhǎng)的光下時(shí)，具有大的磁-光效應(yīng)，因此適合于高密度記錄。
磁光記錄已經(jīng)實(shí)際地應(yīng)用于允許重寫(xiě)的光記錄方法。具有在垂直于膜平面方向上強(qiáng)磁性各向異性的單層稀土-過(guò)渡金屬非晶態(tài)膜一直被用作磁光記錄膜。特別需指出的是TbFeCo合金非晶態(tài)膜正在被研究并向?qū)嶋H應(yīng)用方向發(fā)展。在磁光記錄領(lǐng)域，增加記錄密度是主要目的。縮短讀/寫(xiě)光的波長(zhǎng)是目前正在研究的實(shí)現(xiàn)上述目的的一個(gè)方法。要想進(jìn)一步增加磁光記錄密度，發(fā)展這樣一種磁光材料是必不可少的，即該材料在短波長(zhǎng)下具有高的磁光效應(yīng)(克爾(Kerr)效應(yīng)和法拉第(Faraday)效應(yīng))。采用一般的TbFeCo合金非晶態(tài)膜，當(dāng)激光波長(zhǎng)變短時(shí)，磁光效應(yīng)趨向于單調(diào)地減小，并且在短波長(zhǎng)下不能得到足夠大的克爾轉(zhuǎn)角或法拉第轉(zhuǎn)角，這會(huì)導(dǎo)致使用激光讀出時(shí)輸出急劇的減小。
另一方面，已經(jīng)知道一種非晶態(tài)膜，它是主要由Co和Fe構(gòu)成的過(guò)渡金屬與主要由Na和Pr構(gòu)成的稀土元素形成的合金(參見(jiàn)T.R.McGuire等人、“Nd-Co和Nd-Fe合金的磁光性質(zhì)”，J.Appl、phys，61(8)，15，4，1987，pp.3352～3354)。盡管這種膜在短波長(zhǎng)下具有大的磁光效應(yīng)，但它是面磁化的，而不是垂直磁化，所以不能實(shí)現(xiàn)高密度記錄。
Ito等人已提出利用膜與膜之間的交換耦合把Nd合金稀土-過(guò)渡金屬非晶態(tài)膜和TbFeCo非晶態(tài)膜疊合在一起形成雙層膜，文章標(biāo)題為“多層Nd合金的磁和磁光性質(zhì)”，刊登在1989年日本第13期磁學(xué)討論會(huì)論文匯編第325頁(yè)。然而，其中所提示的雙層膜在400nm的波長(zhǎng)下克爾轉(zhuǎn)角為0.3°，并不能完全達(dá)到Nd合金本來(lái)具備的克爾轉(zhuǎn)角。
除了非晶態(tài)材料，在其它的材料中，已知晶態(tài)Co和Fe具有在短波長(zhǎng)下的大磁光效應(yīng)。然而，不可能形成垂直磁化膜，所以作為磁光材料它們未引起注意。
人們一直試圖利用兩膜之間的交換耦合，將面磁化膜Co和垂直磁化膜TbFeCo合起來(lái)，以獲得一種垂直磁化膜(參見(jiàn)H.若林等人寫(xiě)的“Co/TbFeCo交換耦合膜的磁和磁光性質(zhì)”，刊登在日本第13屆磁學(xué)研討會(huì)論文匯編第326頁(yè))。然而，根據(jù)提出的方法，為了獲得具有好的垂直度的雙層膜，Co膜的厚度必須為25A°或更少。因此，這種膜僅在短波長(zhǎng)下具有由單獨(dú)的TbFeCo膜得來(lái)的低克爾轉(zhuǎn)角。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種磁光記錄介質(zhì)，它具有短波長(zhǎng)下的足夠大的磁光效應(yīng)，使磁化強(qiáng)度在垂直于膜平面方向上重新取向，并允許高密度記錄。
根據(jù)本發(fā)明的一種磁光介質(zhì)組成如下第一磁性層，由稀土-過(guò)渡金屬非晶態(tài)膜構(gòu)成，其中包括至少一種從Tb.Dy和Gd組中選出的一種稀土金屬元素，至少一種從Fe、Co組中選出的過(guò)渡金屬元素;第二磁性層，由稀土-過(guò)渡金屬非晶態(tài)膜，或至少包括一種從Fe和Co中選出的元素的晶態(tài)膜構(gòu)成，所述稀土-過(guò)渡金屬非晶態(tài)膜包括至少一種從Nd、Pr組中選出的稀土金屬元素和至少一種從Fe、Co中選出的過(guò)渡金屬元素;第三磁性層，由稀土-過(guò)渡金屬非晶態(tài)膜構(gòu)成，其中包括至少一種從Tb、Dy和Gd組中選出的稀土金屬元素，至少一種從Fe、Co組中選出的過(guò)渡金屬元素。這些層依次順序疊合，并且上述第一層是光入射的第一層。
第一層的厚度要求不超過(guò)20nm，以允許足夠量的光能透過(guò)，便于最大限度的利用第二層優(yōu)異的磁光效應(yīng)，而且第一層的厚度要不小于1nm，以產(chǎn)生與第二層之間的磁交換耦合，這樣可產(chǎn)生足夠強(qiáng)的垂直磁化強(qiáng)度。
第二層的厚度要求不大于20nm，以允許接收來(lái)自第一層和第三層的磁交換耦合作用，同時(shí)也要求厚度不小于1nm，以保證在短波長(zhǎng)下的優(yōu)異的磁光效應(yīng)。
第三層的厚度要求不小于2nm，最好不小于5nm，以允許發(fā)揮足夠強(qiáng)的磁交換耦合作用，從成本的角度考慮，厚度的上限最好不超過(guò)200nm。
第一層和第三層的居里溫度最好不大于300℃，這可使它們適合于用激光束加熱來(lái)寫(xiě)入(信息)。更佳的溫度范圍是不小于100℃不大于200℃。
第二磁性層的最佳成份可由下面這個(gè)公式表示(A1-aBa)x(Fe1-bCobyTz，其中A是從Nd和Pr組中選出的至少一種元素，B是從Tb、Dy、Gd組中選出的至少一種元素，T是從過(guò)渡金屬組中選出的至少一種元素，用于改善抗蝕性，0≤a≤0.9，0≤b≤1，0≤x≤40，0≤z≤10，且x+y+z＝100。
第一和第二磁性層的實(shí)例有TbFeCo、GdTbFeCo、DyTbFeCo、DyFeCo以及DyGdFeCo膜。
T組的過(guò)渡金屬元素由Ti、Zr、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Pd、Pt、Au、Al組成，它們已知能改善抗蝕性。這些元素可以包括在第一和第三層中。由于過(guò)量地添加這些元素會(huì)破壞磁性膜各自的預(yù)期的性質(zhì)，所以，在兩種膜中，可以添加的總數(shù)必須小于10%(原子)。
本發(fā)明的實(shí)施例將參照附圖加以說(shuō)明。


圖1是一種通常磁光記錄介質(zhì)的結(jié)構(gòu)的截面圖。
圖2是在TbFeCo/NdCo/TbFeCo三層膜中一種顯示第一層厚度與Kerr旋轉(zhuǎn)角之間關(guān)系的曲線圖。
圖3是一種上述三層膜實(shí)例的Kerr磁滯曲線圖。
圖4是在TbFeCoCr/NdFeCo/TbFeCo三層膜中，第二層厚度與Kerr旋轉(zhuǎn)角之間關(guān)系的曲線圖。
圖5是在TbFeDoTa/PrFeCo/TbFeCoTa三層膜中，第三層厚度與Kerr旋轉(zhuǎn)角之間關(guān)系的曲線圖。
圖6是在TbFeCo/NdCo/TbFeCo三層膜中和TbFeCo單層膜中入射光波長(zhǎng)與質(zhì)量?jī)?yōu)值之間關(guān)系的曲線圖。
圖7是TbFeCo/Fe/TbFeCo三層膜中第一層厚度與Kerr旋轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系曲線圖。
圖8是在TbFeCo/Co/TbFeCo三層膜中第二層的厚度與Kerr旋轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系曲線圖。
圖1是一種一般的三層結(jié)構(gòu)的截面圖，它由形成在玻璃基底4上的第一層1、第二層2，第三層3構(gòu)成，激光束L從三層膜的第一層入射。在該實(shí)施例中所有膜都由DC磁控濺射法形成。
首先制備的樣品中，用Tb21Fe75CO4(矯頑力Hc＝5kOe、居里溫度Tc＝200℃)非晶態(tài)膜作第一和第三層，用Nd20Co80非晶態(tài)膜作第二層。第二層的厚度固定為10nm，第三層的厚度固定為100nm，第一層的厚度t1是可變的，圖2示出了剩余克爾轉(zhuǎn)角的值，是用從玻璃基底入射的波長(zhǎng)為400nm的激光束測(cè)得的，這個(gè)圖說(shuō)明了第一層的厚度要求不小于1nm以及不大于20nm，這樣可取得0.3°或大于0.3°的克爾轉(zhuǎn)角，這適合于實(shí)際應(yīng)用。
圖3顯示了一種有代表性的克爾磁滯回線，是利用從樣品的玻璃基底入射的波長(zhǎng)為400nm的激光束測(cè)得的，所測(cè)試的樣品的第一層厚度為5nm。該圖說(shuō)明了所獲得的適合于磁光記錄的垂直磁化膜并顯示出它具有矯頑力為2kOe的優(yōu)異的垂直度。
接下來(lái)制備的幾種樣品中，用Tb20Fe45Co29Cr6(矯頑力Hc＝7kOe，居里溫度Tc＝350℃)非晶態(tài)膜作第一層，用Nd20(Fe0.65Co0.35)80非晶態(tài)膜作為第二層用Tb21Fe75Co4非晶態(tài)膜作為第三層。第一層厚度固定為5nm，第三層厚度固定為100nm，第二層的厚度t2是可變的。圖4顯示了剩余克爾轉(zhuǎn)角的值，是用從玻璃基底入射的波長(zhǎng)為400nm的激光束測(cè)得的。該圖說(shuō)明了當(dāng)?shù)诙雍穸炔恍∮?nm不大于20nm時(shí)，可獲得適合于實(shí)用的0.3°或大于0.3°的克爾轉(zhuǎn)角。
接下來(lái)制備的幾種樣品中，用Tb24Fe65Co6Ta5(矯頑力Hc＝8koe、居里溫度Tc＝150℃)非晶態(tài)膜作第一和第三層，用Pr20(Fe0.5Co0.5)80非晶態(tài)膜作第二層。第一層的厚度固定為5nm，第二層的厚度固定為15nm，第三層的厚度t3是可變的。圖5顯示了剩余克爾轉(zhuǎn)角的值，是使用從玻璃基底入射的波長(zhǎng)為400nm的激光束測(cè)得的。該圖說(shuō)明了當(dāng)?shù)谌龑雍穸炔恍∮?nm時(shí)可獲得適合于實(shí)用的0.3°或0.3°以上的克爾轉(zhuǎn)角。
對(duì)于一種三層膜樣品來(lái)說(shuō)，其中第一層是厚度為5nm的Tb19Fe67Co10Nb4膜，第二層是厚度為10nm的Pr20Fe24Co56膜，第三層是厚度為50nm的Tb19Fe67Co10Nb4膜，在與上述相同的條件下測(cè)得克爾轉(zhuǎn)角為0.4°，矯頑力為2koe?？藸柎艤鼐€具有優(yōu)異的垂直度。
圖6顯示出一種Tb18Fe49Co33(厚度為5nm)/Nd20Co80(厚度10nm)/Tb18Fe49Co33(厚度100nm)的三層膜的質(zhì)量?jī)?yōu)值(反射率的平方根與克爾角之積)與入射光波長(zhǎng)的函數(shù)關(guān)系(1)。該圖還顯示了用于比較的一般的Tb25Fe65Co18膜的質(zhì)量?jī)?yōu)值(2)。從該圖可明顯看出根據(jù)本發(fā)明的三層膜的質(zhì)量?jī)?yōu)值在整個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)都高于一般材料的質(zhì)量?jī)?yōu)值，是一種優(yōu)異的磁光記錄材料。
下面的解釋涉及采用晶態(tài)Co、Fe或它們的合金作為第二層的實(shí)驗(yàn)樣品(實(shí)施例)。
首先制備的幾種樣品中，用Tb18Fe49Co33非晶態(tài)膜作第一層和第三層膜，用Fe晶態(tài)膜用作第二層，第二層的厚度固定為7nm，第三層的厚度固定為100nm，第一層的厚度t1是可變的。圖7顯示出剩余克爾轉(zhuǎn)角的值，是利用從玻璃基底入射的波長(zhǎng)為400nm的激光束測(cè)得的。該圖表明，為了獲得0.3°或更大的克爾轉(zhuǎn)角以適于實(shí)際使用，第一層的厚度要求不小于1nm，不大于20nm，與第二層是稀土-過(guò)渡金屬非晶態(tài)膜的情況相同。
接下來(lái)制備的幾種樣品中，用Tb16Fe49Co33非晶態(tài)膜作第一和第三層，用Co晶態(tài)膜作第二層。第一層的厚度固定為10nm，第三層的厚度固定為100nm，第二層的厚度t2是可變的。圖8示出了剩余克爾轉(zhuǎn)角的值，這是利用從玻璃基底入射的波長(zhǎng)為400nm的激光束測(cè)得的，該圖還說(shuō)明，為了獲得0.3°或更大的克爾轉(zhuǎn)角以便于實(shí)際使用，第二層的厚度要求不小于1nm，不大于20nm，與第二層是稀土-過(guò)渡金屬非晶態(tài)膜的情況相同。
Tb21Fe75Co14(t1＝5nm)/Co(t2＝5nm)/Tb21Fe75Co4(t3＝100nm)三層膜的其它特征如下矯頑力＝2koe，克爾轉(zhuǎn)角θk＝0.4°(用波長(zhǎng)為400nm的激光束測(cè)得)。Tb21Fe73Co6(t1＝7nm)/Fe(t2＝7nm)/Tb21Fe73Co6(t3＝100nm)三層膜的其它特征如下矯頑力＝3koe，克爾轉(zhuǎn)角θk＝0.35°(用波長(zhǎng)為400nm的激光束測(cè)得)。上述兩種三層膜的克爾磁滯回路具有優(yōu)異的垂直度。
所說(shuō)明的另一些實(shí)施例中，第二層是Co和Fe的晶態(tài)合金。Tb18Fe49Co33(t1＝10nm)/Fe70Co30(t2＝5nm)/Tb18Fe49Co33(t3＝100nm)三層膜的特征如下矯頑力＝1.4koe，克爾轉(zhuǎn)角θk＝0.45°(用波長(zhǎng)為400nm的激光束測(cè)得)。Tb18Fe49Co33(t1＝20nm)/Te70Co30(t2＝5nm)/Tb18Fe49Co33(t3＝100nm)三層膜的特征如下矯頑力＝1.9koe，克爾轉(zhuǎn)角θk＝0.30°(用波長(zhǎng)為400nm的激光束測(cè)得)。Tb18Fe49Co33(t1＝10nm)/Fe50Co50(t2＝7nm)/Tb19Fe49Co33(t3＝100nm)三層膜的特征如下矯頑力＝1.7koe，克爾轉(zhuǎn)元θk＝0.4°(用波長(zhǎng)為400nm的激光束測(cè)得)。上述所有樣品在短波下都具有高的克爾轉(zhuǎn)角、高矯頑力，這使得它們適合于實(shí)際使用。兩種三層膜的克爾磁滯回線都具有優(yōu)異的垂直度。
上面已經(jīng)給出各種各樣的情況的特殊實(shí)施例，其中第一和第三層都是TbFeCo合金膜，第二層包括從Nd或Pr(下文中稱為NNd組)構(gòu)成的組中選出的至少一種稀土元素。
本發(fā)明的一個(gè)主要目的是要獲得一種具有高的垂直磁化各向異性和在短波長(zhǎng)情況下高克爾轉(zhuǎn)角的磁光記錄膜。這可以通過(guò)在具有高垂直磁化各向異性(即使是短波長(zhǎng)下有低的Kerr旋轉(zhuǎn)角)的磁光記錄膜之間夾上一種具有平面磁化強(qiáng)度但在短波長(zhǎng)下有高克爾轉(zhuǎn)角的磁光記錄膜，并且優(yōu)選它們各自的厚度來(lái)完成。因此任一種磁光記錄介質(zhì)，只要它具有與TbFeCo合金實(shí)質(zhì)上相同的特性就可以用作第一層和第三層。例如GdTbFeCo膜就可能被用作第一層和第三層，因?yàn)镚dTbFeCo在克爾轉(zhuǎn)角和垂直磁化各向異性方面并不劣于TbFeCo，如D、K、Hairston等人在題為“在GbTb-過(guò)渡金屬薄膜中過(guò)渡金屬與磁光信號(hào)的相關(guān)性”的文章的圖2中所示那樣(J.Appl.phys.63(8)，1988年4月15日pp3621-3622)。而且，在一篇題為“非晶態(tài)稀土-過(guò)渡金屬磁光盤(pán)中成分與記錄噪聲的關(guān)系”的文章中(J.Appl.phys.63(8)15.4.1988，pp.3856-3858)的圖4中所示的DyTbFeCo盤(pán)和TbFeCo盤(pán)的評(píng)估表明兩者的性能實(shí)際上是一致的?；谶@個(gè)觀點(diǎn)，TbFeCo膜也可能被DyTbFeCo膜代替。此外，如Endo等人的文章“非晶態(tài)Dy-Fe-Co和Tb-Fe-Co膜的磁和磁光性質(zhì)”(日本磁學(xué)協(xié)會(huì)雜志，第8卷，第2期，1984，pp101-104)所說(shuō)明的，DyFeCo膜具有與TbFeCo膜類似的磁和磁光性質(zhì)。因此，DyFeCo膜也可用作第一和第三層，以替換TbFeCo膜。如Sumi等人的文章“GdDyFeCo磁光盤(pán)的讀/寫(xiě)特征”(日本(1987)第11屆磁學(xué)研討會(huì)論文集，p273)所說(shuō)明的，GdDyFeCo膜是具有大體上與TbFeCo膜相同性質(zhì)的一種磁光記錄材料，因此TbFeCo膜也可以被GdDyFeCo膜替代。
至少要從Tb、Dy和Gd組(下文中稱為T(mén)b組)中選出一種稀土元素加到第二層中。這是因?yàn)樵诘诙又刑砑覶b組中的元素可以提高第二層本身的垂直磁化各向異性，即增加整個(gè)三層膜的垂直磁化各向異性。然而，如果Tb組元素的添加總量過(guò)大，Nd組元素的總數(shù)量就變得不足，因此第二層以及整個(gè)三層膜就不具有短波長(zhǎng)下的高克爾轉(zhuǎn)角。因此，Tb組元素的添加總量不應(yīng)超過(guò)所有稀土元素的90%(原子)。添加了Tb組元素的稀土-過(guò)渡金屬非晶態(tài)膜可作為第二層的例子有NdGdFeCo膜。如Ito等人在題為“多層Nd合金的磁和磁光性質(zhì)”一文的圖3中所說(shuō)明的那樣(日本(1989)第13屆磁學(xué)研討會(huì)論文集，P325)，Nd5Gd22(Te68Co32)73單層膜在400nm波長(zhǎng)下克爾轉(zhuǎn)角0.336°。這大于400nm下TbFeCo的值(近似為0.2°)。并且，它的頻譜形狀顯示出在短波長(zhǎng)下克爾轉(zhuǎn)角的減小是小的。因此，預(yù)期使用這種膜作為本發(fā)明的三層膜中的第二層會(huì)產(chǎn)生在短波長(zhǎng)范圍下的足夠大的克爾轉(zhuǎn)角。
添加了Tb組元素的能作為第二層膜的稀土-過(guò)渡金屬非晶態(tài)膜的其它例子有NdTbFeCo膜。如Ota在題為“光存儲(chǔ)的高密度記錄”一文的圖7中所示的那樣(日本磁學(xué)協(xié)會(huì)雜志，Vol.14，No.4，1990，pp617～623)，Nd12Tb16Fe36Co36膜具有與NdGdFeCo膜大體相同的性質(zhì)，所以預(yù)期將它用作第二層可產(chǎn)生在短波長(zhǎng)下足夠大的克爾轉(zhuǎn)角。
NdDyFeCo膜也可用作第二層，因?yàn)榧词乖谙⊥?過(guò)渡金屬非晶態(tài)層中，用Dy替代Tb時(shí)，它的磁光性質(zhì)也不發(fā)生大的變化，如前述的Endo等人的文章中所述的那樣。
根據(jù)本發(fā)明，可獲得一種即便在短波長(zhǎng)下也具有足夠大的磁光效應(yīng)的磁光記錄介質(zhì)，并且是一種垂直磁化膜。
權(quán)利要求
1.一種磁光記錄介質(zhì)，其特征在于具有一第一磁性層，由稀土--過(guò)渡金屬非晶態(tài)膜構(gòu)成，其厚度不小于1nm且不大于20nm，包括至少一種從Tb、Dy和Gd組中選擇出的稀土元素，還包括至少一種從Fe和Co組中選出的過(guò)渡金屬元素；一第二磁性層，其厚度不小于1nm且不大于20nm，由稀土過(guò)渡金屬非晶態(tài)膜或包括至少一種從Fe和Co組中選出的元素形成的晶態(tài)膜構(gòu)成，所述稀土過(guò)渡金屬非晶態(tài)膜包括至少一種從Nd和pr組中選出的稀土元素，以及至少一種從Fe和Co組中選出的過(guò)渡金屬元素；以及-第三磁性層，其厚度不小于2nm，由稀土過(guò)渡金屬非晶態(tài)膜構(gòu)成，包括至少一種從Tb、Dy和Gd組中選出的稀土元素，還包括至少一種從Fe和Co組中選出的過(guò)渡金屬元素，所述層被依次層疊，光首先入射所述第一層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的磁光介質(zhì)，其特征在于所述第二層可由下述公式表示(A1-aBa)x(Fe1-bCob)yTz，其中A是至少一種從Nd和Pr組中選出的元素，B是至少一種從Tb、Dy和Gd組中選出的元素，T是至少一種從過(guò)渡金屬組中選出的元素，用以改善抗蝕性，且0≤a≤0.9，0≤b≤1，0≤x≤40，0≤z≤10，和x+y+z＝100。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的磁光介質(zhì)，其特征在于所述第三層是TbFeCo膜、GdTbFeCo膜、DyTbFeCo膜、DyFeCo膜、或DyGdFeCo膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2的磁光介質(zhì)，其特征在于所述第一和第三磁性層包含至少一種從過(guò)渡金屬組中選出的元素，用以改善抗蝕性。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2的磁光介質(zhì)，其特征在于所述的用以改善抗蝕性的過(guò)渡金屬組由Ti、Zr、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Pd、Pt、Au和Al組成。
全文摘要
具有三層結(jié)構(gòu)和高記錄密度的磁光記錄介質(zhì)，具有在短波長(zhǎng)下高的克爾轉(zhuǎn)角。將短波長(zhǎng)下具有高克爾轉(zhuǎn)角、但具有平面各向異性的膜夾入在高垂直各向異性的(Tb，Dy)-(Fe，Co)非晶態(tài)膜之間，激光束由此入射的第一層應(yīng)充分薄以保證光束透射，但又應(yīng)有足以產(chǎn)生與第二層之間強(qiáng)的交換耦合作用的厚度。第二層應(yīng)足夠薄以接受來(lái)自兩側(cè)的強(qiáng)的交換耦合作用，但又應(yīng)有足以產(chǎn)生高克爾轉(zhuǎn)角的厚度。第三層應(yīng)厚到足以產(chǎn)生與第二層之間強(qiáng)的交換耦合作用。
文檔編號(hào)H01F10/13GK1061298SQ9110943
公開(kāi)日1992年5月20日 申請(qǐng)日期1991年9月29日 優(yōu)先權(quán)日1990年10月5日
發(fā)明者飯寄英保, 高山新司 申請(qǐng)人:國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司