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Die
Erfindung betrifft die Verwendung eines Glassubstrats zur Herstellung
eines Datenspeichers sowie eines Datenspeichermediums.
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Datenträger, insbesondere
zur Speicherung und Bearbeitung in elektronischen Datenverarbeitungsgeräten, wie
Computer etc., sind beispielsweise in Form von Festplattenlaufwerken
(hard disk drives) sowie Wechselmedien (Disketten, CD, DVD) in speziellen
Laufwerken, bestens bekannt. Die Datenträger in diesen Laufwerken umfassen
ein Substrat sowie eine darauf angeordnete Schicht zur magnetischen,
optischen und/oder thermischen Speicherung von Daten. Bislang werden
als Trägermaterial
für solche
Datenspeicherschichten Aluminium oder andere Metalllegierungen (bzw.
spezielle organische Polymere für
Wechselmedien) verwendet. Aufgrund seiner geringen Kosten und seiner
geringen Oberflächenrauhigkeit
sowie Festigkeit und Formstabilität gewinnt jedoch die Verwendung
von Glas als Substratmaterial für
solche Datenträger
immer mehr an Bedeutung. Derartige Gläser müssen jedoch hohen chemischen,
thermi schen und mechanischen Belastungen sowohl bei der Herstellung,
der Verarbeitung als auch beim Gebrauch standhalten.
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Beim
Auftragen der magnetischen Schichten werden derartige Glasträger üblicherweise
hohen Temperaturen mit kurzen intensiven Heiz- und Abkühlraten
von > 400 K min–1 ausgesetzt.
Hieran schließen
sich weitere Wärmebehandlungen
an, welche üblicherweise
zwischen 300 und 400°C
betragen. Die Beschichtung selbst erfolgt normalerweise durch Kathodenzerstäubung oder
durch Aufsputtern der jeweiligen Magnetschicht. Derartige Gläser müssen daher
eine Transformationstemperatur von üblicherweise über 400°C aufweisen.
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Insbesondere
bei der Verwendung von Gläsern
als Träger
in Festplatten treten hohe mechanische Belastungen auf, wie z. B.
bei der Montage von Speichermedium und Spindel durch Klemmspannungen
im Bereich des Innenloches des Speichermediums, wobei Drücke von
bis zu 100 N/mm2 entstehen. Des weiteren
entwickeln sich im Betrieb bei Umdrehungszahlen von 10.000–15.000
U/Min. weitere durch die Zentrifugalkräfte hervorgerufene Spannungen,
welchen der dünne
Glasträger
ebenfalls standhalten muss.
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Darüber hinaus
benötigen
derartige Festplatten eine hohe Formstabilität um auch bei hohen Umdrehungszahlen
im Laufwerk nicht in Schwingung zu geraten und zu flattern. Derartige
Auslenkungen aus der horizontalen Ruhelage würden bei dem üblicherweise
niedrigen Leseabstand des Schreib-/Lesekopfes von derzeit ca. 10–20 nm dazu
führen,
dass der Kopf den Lesekontakt mit der Festplatte verliert, sog. „run-out", oder dass er mit
der Festplatte zusammenstößt, sog. „head crash". Für Datenträger verwendbare
Gläser
müssen
daher einen hohen spezifischen Elastizitätsmodul E/ρ aufweisen, d. h. einen hohen Elastizitätsmodul
E und/oder eine geringe Dichte ρ. Dabei
ist es wünschenswert,
dass E/ρ mindestens 25·106 m2/s2 beträgt.
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Die
Oberfläche
des Datenspeichers und damit auch die Oberfläche des Trägermaterials muss besonders
eben sein, da der Schreib-/Lesekopf insbesondere bei Festplatten üblicherweise
derzeit mit einem Abstand von ca. 10–20 nm auf einem Luftpolster
bzw. einer Gleitmittelschicht über
der sich drehenden Platte schwebend dahin gleitet. Dieser Abstand muss
für eine
einwandfreie Funktion beibehalten werden. Ist nun die Oberfläche des
Festplattenmaterials bzw. -substrates gegenüber atmosphärischen Einflüssen nicht
beständig
und entstehen durch chemische und/oder thermische Einwirkungen auf
die Oberfläche
Ausblühungen,
so dass diese schon vor der Beschichtung rauh wird, verändert sich
der Funktionsabstand der Platte zum Lesekopf, was zu Funktionseinbußen bzw.
zum Funktionsausfall führen kann.
Des weiteren kann aufgrund einer thermischen und/oder chemischen
Veränderung
der Oberfläche die
Haftfestigkeit der aufgebrachten Funktionsschichten verloren gehen,
so dass sich diese von der Oberfläche des Glasträgers lösen. Die
Trägersubstrate
müssen
daher eine hohe chemische und thermische Beständigkeit aufweisen.
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Zur
Erhöhung
der Speicherdichte werden Magnetschichten auf Substrate aufgetragen,
in denen die magnetisierbaren Bezirke, d. h. die sog. Weißschen Bezirke,
eine deutlich geringere laterale Ausdehnung aufweisen, indem deren
Polachsen nicht mehr parallel zur Oberfläche des Trägermaterials, sondern senkrecht
hierzu, d. h. parallel zur Drehachse der Speicherplatte, ausgerichtet
sind. Speichermedien für
diese Technik werden als sog. „perpendicular
recording media" bezeichnet.
Zur Herstellung derartiger Sputterschichten sind jedoch deutlich höhere Temperaturen
von insbesondere mehr als 500°C
erforderlich. Dazu sind Substrate von besonderer thermischer Stabilität, insbesondere
hinsichtlich der Form- und Oberflächenstabilität, notwendig. Nach
Kenntnis der Anmelderin sind derzeit keine Substratmaterialien bekannt,
welche diese Anforderung in ausreichendem Maße erfüllen.
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Neben
diesen Anforderungen an die Eigenschaften eines Materials, welches
als Substrat bzw. Träger
für Harddisk-Anwendungen
verwendet werden soll, müssen
derartige Gläser
mit geringen Produktionskosten herstellbar sein, da es sich hier
um ein Massenprodukt handelt. Dazu muss das Schmelz- und Formgebungsverfahren
solcher Gläser für großtechnische
Anlagen geeignet sein. Darüber hinaus
sollen die Glasschmelzen das Feuerfestmaterial der Schmelzaggregate
möglichst
wenig angreifen, d. h. sie sollen bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen
herstellbar sein und keine aggressiven korrosionsfördernden
Bestandteile enthalten. Darüber
hinaus sollten solche Gläser
auch großtechnisch mit
aus reichender innerer Qualität,
d. h. ohne Blasen, Knoten und Einschlüsse, auf einfache Weise in
ebenen Platten herstellbar sein. Derartige Techniken umfassen beispielsweise
die Herstellung in einer Floatanlage oder in einem Ziehverfahren.
Besonders die Herstellung dünner,
d. h. < 3 mm dicker
Substrate von geringer Oberflächenwelligkeit über Ziehverfahren
erfordert eine hohe Entglasungsstabilität.
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Schließlich sollen
solche Gläser
mit einer geringen Oberflächenrauhigkeit
herstellbar sein. Dabei sollen sie möglichst so, wie sie im Herstellungsverfahren
erhalten werden, direkt weiterverarbeitet, d. h. besputtert, werden,
ohne dass die Rauhigkeit in einem zusätzlichen Bearbeitungsschritt
durch Schleifen, Läppen
und/oder Polieren verringert werden muss. Schließlich ist es auch notwendig,
dass sich die Oberfläche
eines derartigen Glasträgers
bei der hohen thermischen Belastung, wie sie beispielsweise beim
Aufsputtern der Funktionsschichten auftritt, nicht verzieht oder
aufrauht.
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Aus
der
EP-A-0 858 974 ist
ein Glas mit einem hohen spezifischen Elastizitätsmodul und einer hohen Übergangstemperatur
von 700°C
bekannt. Es weist eine Zusammensetzung von 25–52 Mol-% SiO
2 (=
14,37–58,04
Gew.-%), 0–5
Mol-% B
2O
3 (= 0,00–6,57 Gew.-%),
0–5 Mol-%
P
2O
5 (= 0,00–12,55 Gew.-%),
5–35 Mol-%
Al
2O
3 (= 5,07–53,27 Gew.-%), 15–45 Mol-%
MgO (= 5,78–34,69
Gew.-%), 0–25 Mol-%
TiO
2 (= 0,00–34,20 Gew.-%), 0–8 Mol-%
ZrO
2 (= 0,00–17,10 Gew.-%), 1–30 Mol-%
CaO (= 0,54–31,70 Gew.-%),
0–17 Mol-%
Y
2O
3 (= 0,00–47,31 Gew.-%)
auf. Dieses Glas wird als ein Trägersubstrat
für einen
magnetischen Datenträger beschrieben,
in welchem eine Ausgleichsschicht zum Ausgleich von Unebenheiten
zwischen Magnetträger und
Substrat angeordnet ist. Eine hohe Oberflächenglätte, d. h. eine Oberflächenrauhigkeit,
von Ra < 9 Å wird bei
diesem Glas allerdings erst durch Polieren erreicht. Es hat sich
jedoch gezeigt, dass sich diese Oberflächenrauhigkeit bei einer Behandlung mit
erhöhter
Temperatur verändert.
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Aus
der
JP-A 09-012333 ist
ein Glas für
ein Magnetdisksubstrat mit guten Korrosionseigenschaften und Beständigkeit
gegen Alkali bekannt, welches 52–65 Gew.-% SiO
2,
10–18
Gew.-% Al
2O
3, 0–8 Gew.-%
B
2O
3, 0–10 Gew.-%
MgO, 2–15
Gew.-% CaO, 0–15
Gew.-% SrO, 0–16
Gew.-% BaO und 0–12 Gew.-%
ZnO enthält.
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Schließlich ist
aus der
DE-A 100 00
836 ein alkalifreies Aluminoborosilikatglas bekannt, welches eine
hohe Glastransformationstemperatur aufweist und welches als Substrat
für Flüssigkristall-Flachdisplaybildschirme
geeignet ist.
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DE 196 03 698 C1 beschreibt
Displaygläser, d.
h. Gläser
für die
Verwendung in Flachbildschirmen.
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DE 196 17 344 C1 offenbart
alkalifreies Aluminiumborosilicatglas und dessen Verwendung in der
Displaytechnik.
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Die
Erfindung hat nunmehr zur Aufgabe derartige Trägersubstrate bereitzustellen,
die zur Herstellung eines Datenspeichers verwendet werden können, thermisch,
mechanisch und chemisch ausreichend stabil sind und die sich auf
wirtschaftliche Weise günstig
herstellen lassen. Die Trägersubstrate sollen
insbesonders bei hohen Temperaturen ohne Ver ziehen, Kompaktion
und Aufwellen der Oberfläche
besputterbar sein.
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Dieses
Ziel wird durch die Verwendung des in den Ansprüchen definierten Substratglases
erreicht.
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Erfindungsgemäß wurde
nämlich
gefunden, dass Gläser
mit einer Zusammensetzung von 10–80 Gew.-% SiO2,
10–30
Gew.-% Al2O3, 5–15 Gew.-% B2O3, 1–10 Gew.-%
MgO, 0–15
Gew.-% CaO, 0–8 Gew.-%
SrO, 0–25
Gew.-% BaO, 0–10
Gew.-% ZnO, 0–5
Gew.-% ZrO2 und 0–10 Gew.-% TiO2 sowie
0–5 Gew.-%
CeO2 und 0,05–2 Gew.-% SnO2 sich
ganz besonders für
die Verwendung zur Herstellung von Trägern für elektronische Datenspeicher
eignen, wenn
die Σ ZrO2 + TiO2 mindestens
0,05 und höchstens
12 Gew.-% beträgt
und
die Σ CeO2 + SnO2 ≤ 6 Gew.-%
ist, wobei
die Σ von
LiO2, Na2O, K2O 5 Gew.-% nicht übersteigt. Derartige Gläser zeigen
bereits nach Heißformgebungsprozess
durch Ziehen oder Floaten und anschließender Kühlung eine äußerst geringe Oberflächenrauhigkeit,
die sich auch bei einer längeren
Behandlung mit hohen Temperaturen bis zu 750°C nicht oder für das Produkt
nur unwesentlich verändert.
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Das
erfindungsgemäß verwendete
Glassubstrat weist einen Tg von > 500°C, insbesondere > 550°C auf, wobei > 600°C bevorzugt
ist. Das erfindungsgemäß verwendete
Glassubstrat weist in einer besonders bevorzugten Ausführungsform
einen Tg von ≥ 640°C auf.
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Der
SiO2-Gehalt der Gläser beträgt mindestens 30 Gew.-%, üblicherweise
mindestens 45 Gew.-%, wobei 55 Gew.-% bevorzugt sind. Ein ganz besonders
bevorzugter Gehalt an SiO2 beträgt mindestens
57 und insbesondere 58 Gew.-%. Der maximale SiO2-Gehalt
im erfindungsgemäß verwendeten Glas
liegt bei 80 Gew.-%,
wobei 65 Gew.-% und insbesondere 62 Gew.-% besonders bevorzugt sind.
In speziellen Ausführungsformen
hat sich ein maximaler SiO2-Gehalt von 61
Gew.-% und insbesondere 59 Gew.-% als besonders geeignet erwiesen.
Der Gehalt an Al2O3 beträgt mindestens
10 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 12 Gew.-%, wobei mindestens 15 Gew.-% in vielen
Fällen
besonders geeignet ist. Der maximale Gehalt an Al2O3 beträgt
für das
erfindungsgemäß verwendete
Glassubstrat maximal 30 Gew.-%, insbesondere 20 Gew.-%, wobei maximal
19 Gew.-% und insbesondere maximal 18 Gew.-% bevorzugt sind. Ganz
besonders bevorzugt ist ein Maximalgehalt von 16 Gew.-%. Das erfindungsgemäß verwendete
Glas kann frei von B2O3 sein.
Vorzugsweise ist B2O3 jedoch
zu mindestens 3 Gew.-%, insbesondere mindestens 5 Gew.-% enthalten,
wobei mindestens 6 Gew.-% B2O3 bevorzugt sind.
Der Maximalgehalt an B2O3 beträgt 16 Gew.-%, insbesondere
maximal 15 Gew.-%, wobei maximal 10 Gew.-% bevorzugt ist. In Einzelfällen können jedoch
auch Gehalte von 0–1
Gew.-% zweckmäßig sein.
Der Mindestgehalt an MgO beträgt
1 Gew.-%, insbesondere mindestens 3 Gew.-%, wobei die maximale Menge
10 Gew.-%, üblicherweise
jedoch 8 Gew.-% und vorzugsweise maximal 7 Gew.-% beträgt. In einigen
Fällen
hat sich ein Gehalt von maximal 5 Gew.-% als zweckmäßig erwiesen.
Das erfindungsgemäß verwendete Glassubstrat
kann ohne Weiteres frei von CaO sein. Es ist jedoch zweckmäßig, dass
das erfindungsgemäß verwendete
Glassubstrat einen Mindestgehalt von 3 Gew.-%, insbesondere von
5 Gew.-% aufweist, wobei sich in einigen Fällen ein Mindestgehalt von
8 Gew.-% und in besonderen Fällen
sogar von 11 Gew.-% als zweckmäßig erwiesen
hat. Der Maximalgehalt beträgt üblicherweise
für CaO
15 Gew.-%, wobei 12 Gew.-% bevorzugt ist. In einigen erfindungsgemäß verwendeten Zusammensetzungen
hat sich auch ein CaO-Gehalt von maximal 4 Gew.-% als geeignet erwiesen.
SrO ist in einer Menge von 0–8
Gew.-% enthalten, wobei in vielen Fällen ein Mindestgehalt von
4 Gew.-% und ein Maximalgehalt von 7 Gew.-% bevorzugt ist. BaO ist
in einer Menge von 0–25
Gew.-% enthalten, wobei mindestens 1 Gew.-% und speziell mindestens
5 Gew.-% bevorzugt sind. In Einzelfällen haben sich Mindestgehalte
von 7 Gew.-% als zweckmäßig erwiesen.
Der Höchstgehalt
an BaO beträgt üblicherweise
25 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 20 Gew.-%, wobei mindestens 11
Gew.-% und insbesondere mindestens 10 Gew.-% besonders bevorzugt
ist. In Einzelfällen
haben sich Höchstgehalte
von 5 Gew.-% als zweckmäßig erwiesen.
In einem speziellen Fall ist BaO in einer Menge von 6–10 Gew.-%
enthalten. Der Gehalt an ZnO kann ohne Weiteres 0 Gew.-% betragen.
Bevorzugt ist jedoch ein Mindestgehalt von 1 Gew.-%, insbesondere
mindestens 2 Gew.-%, wobei 5 Gew.-% bevorzugt ist. Die Höchstgehalte
an ZnO betragen üblicherweise
10 Gew.-% und insbesondere 8 Gew.-%.
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Die
Mindestmengen an ZrO2 betragen üblicherweise
mindestens 0,05 Gew.-%, insbesondere mindestens 0,1 Gew.-%. Die
bevorzugte Höchstmenge
beträgt
erfindungsgemäß 3, insbesondere
2 Gew.-%. TiO2 ist in einer Menge von 0–10 Gew.-% enthalten,
wobei eine Mindestmenge von 0,05 Gew.-% und insbesondere von 1 Gew.-%
bevorzugt ist. Eine bevorzugte Obergrenze für TiO2 beträgt im erfindungsgemäß verwendeten
Glassubstrat 3 Gew.-% und insbesondere 2 Gew.-%. Zum Erhalten der
erfindungsgemäßen Eigenschaft
ist es nun notwendig, dass die Gesamtmenge von ZrO2 und
TiO2 im Bereich von 0,05–12 Gew.-% liegt, wobei 0,1–10 Gew.-%
bevorzugt ist. Besonders bevorzugt ist ein Mindestgehalt dieser
beiden Substanzen von 0,2 Gew.-% und insbesondere von 0,5 Gew.-%
bzw. 1 Gew.-%, wobei mindestens 1,5 Gew.-% besonders bevorzugt ist.
Die Obergrenze hierbei beträgt
vorzugsweise maximal 10 Gew.-%, insbesondere maximal 5 Gew.-% und
speziell maximal 4 Gew.-%.
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Der
Gehalt an CeO2 beträgt 0–5 Gew.-%, wobei ein Mindestgehalt
von 0,05 Gew.-% und insbesonders 0,1 Gew.-% bzw. 0,2 Gew.-% bevorzugt
ist. Der bevorzugte Maximalgehalt beträgt hier vorzugsweise 5 Gew.-%, insbesondere 2
Gew.-%, wobei Gehalte von maximal 1,5 Gew.-%, insbesondere 1 Gew.-%
ganz besonders bevorzugt sind. Die Menge an dem im erfindungsgemäß verwendeten
Glas notwendigerweise enthaltenen Bestandteil SnO2 beträgt mindestens
0,05 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 Gew.-%, wobei mindestens 0,2 Gew.-%
besonders bevorzugt ist. Als besonders zweckmäßig hat sich ein Mindestgehalt
von 0,5 Gew.-% erwiesen. Bevorzugte Maximalgehalte sind 2 Gew.-%,
wobei ein Maximalgehalt von 1,5 Gew.-%, insbesondere von 1 Gew.-%
besonders bevorzugt ist. Für
das erfindungsgemäß verwendete
Glas ist es nun notwendig, dass die Gesamtmenge der Bestandteile
CeO2 + SnO2 6 Gew.-% beträgt, wobei
maximal 5 Gew.-% und insbesondere maximal 4 Gew.-% besonders bevorzugt
ist. In vielen Fällen
haben sich Mengen von maximal 2 Gew.-% als völlig ausreichend erwiesen.
Die absolute Untergrenze beträgt
0,05 Gew.-%. Übliche
Mindestmengen betragen 0,1 Gew.-%, insbesondere 0,2 Gew.-%, wobei mindestens
0,5 Gew.-% CeO2 + SnO2 bevorzugt sind.
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Für das erfindungsgemäß verwendete
Glas ist es ebenfalls wichtig, dass es im Wesentlichen frei von
Alkalioxiden ist, d. h. dass diese zu maximal 5 Gew.-% enthalten
sein dürfen.
Vorzugsweise beträgt die
Menge an LiO2, NaO2 und
K2O jedoch maximal 3 Gew.-%, insbesondere
maximal 2 Gew.-%, wobei maximal 1 Gew.-% und insbesondere maximal
0,5 Gew.-% besonders bevorzugt ist. Als ganz besonders geeignet
haben sich Gläser
erwiesen, deren Gehalt an Alkalioxiden maximal 0,2 Gew.-% und insbesondere
maximal 0,15 Gew.-% bzw. 0,1 Gew.-% beträgt.
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Das
erfindungsgemäß verwendete
Glassubstrat weist üblicherweise
eine Transformationstemperatur Tg von mindestens 500°C, insbesondere > 600°C, auf, wobei
ein Tg von > 680°C und insbesondere > 700°C erreicht
wird. Mit dem erfindungsgemäß verwendeten
Glassubstrat sind sogar Tg von > 710°C sowie > 720°C erhältlich.
In einigen Fällen sind
auch Transformationstemperaturen von > 750°C erreichbar.
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Das
erfindungsgemäß verwendete
Glassubstrat weist einen spezifischen E-Modul von E > 25·106 m2s–2, insbesonders von
E > 35·106 m2s–2 auf.
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Ein
erfindungsgemäß verwendetes
Glassubstrat mit einer Transformationstemperatur > 500°C enthält
SiO2 | 30–80 Gew.-% |
Al2O3 | 10–30 Gew.-% |
B2O3 | 5–15 Gew.-% |
MgO | 1–10 Gew.-% |
CaO | 0–15 Gew.-% |
SrO | 0–8 Gew.-% |
BaO | 0–25 Gew.-% |
ZnO | 0–10 Gew.-% |
ZrO2 | 0–5 Gew.-% |
TiO2 | 0–10 Gew.-% |
CeO2 | 0–5 Gew.-% |
SnO2 | 0–2 Gew.-%, |
wobei auch hier die obigen Maßgaben der Summenformeln zu
beachten sind. Ein weiteres bevorzugt verwendetes Glas enthält
SiO2 | 30–80 Gew.-% |
Al2O3 | 10–30 Gew.-% |
B2O3 | 5–15 Gew.-% |
MgO | 1–10 Gew.-% |
CaO | 0–15 Gew.-% |
SrO | 0–8 Gew.-% |
BaO | 1–11 Gew.-% |
ZnO | 0–10 Gew.-% |
ZrO2 | 0–5 Gew.-% |
TiO2 | 0–10 Gew.-% |
CeO2 | 0–5 Gew.-% |
SnO2 | 0–2 Gew.-%. |
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Ein
erfindungsgemäß verwendetes
Glas mit einer Transformationstemperatur Tg > 680°C
enthält
SiO2 | 45–65 Gew.-% |
Al2O3 | 10–20 Gew.-% |
B2O3 | 5–15 Gew.-% |
MgO | 1–8 Gew.-% |
CaO | 0–15 Gew.-% |
SrO | 0–8 Gew.-% |
BaO | 1–11 Gew.-% |
ZnO | 0–8 Gew.-% |
ZrO2 | 0–2 Gew.-% |
TiO2 | 0–2 Gew.-% |
CeO2 | 0–1,5 Gew.-% |
SnO2 | 0,05–1 Gew.-%. |
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Ein
erfindungsgemäß verwendetes
Glas mit einer Transformationstemperatur Tg > 710°C
enthält
SiO2 | 55–59 Gew.-% |
Al2O3 | 15–19 Gew.-% |
B2O3 | 6–10 Gew.-% |
MgO | 3–7 Gew.-% |
CaO | 0–4 Gew.-% |
SrO | 4–8 Gew.-% |
BaO | 1–5 Gew.-% |
ZrO2 | 0–2 Gew.-% |
TiO2 | 0–2 Gew.-% |
CeO2 | 0–1 Gew.-% |
SnO2 | 0,05–1 Gew.-%. |
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Ein
erfindungsgemäß verwendetes
Glas mit einer Transformationstemperatur Tg > 720°C
enthält
SiO2 | 57–61 Gew.-% |
Al2O3 | 12–16 Gew.-% |
B2O3 | 3–7 Gew.-% |
MgO | 1–5 Gew.-% |
BaO | 7–11 Gew.-% |
CaO | 8–12 Gew.-% |
SnO2 | 0,05–1 Gew.-%. |
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Ein
erfindungsgemäß verwendetes
Glas mit einer Transformationstemperatur Tg > 750°C
enthält
SiO2 | 58–62 Gew.-% |
Al2O3 | 15–18 Gew.-% |
B2O3 | 0–1 Gew.-% |
MgO | 1–5 Gew.-% |
BaO | 6–10 Gew.-% |
CaO | 11–15 Gew.-% |
ZrO2 | 0–2 Gew.-% |
SO4 2– | 0–1 Gew.-% |
SnO2 | 0,05–1 Gew.-%. |
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Zur
Herstellung eines flachen dünnen
Glassubstrates für
die Anwendung als Datenspeicher, insbesondere als Harddisk, ist
es möglich,
das Glas nach Schmelze und Läuterung
direkt als homogenes, blasen-, schlieren- und einschlussfreies Flachglas
zu ziehen bzw. zu floaten. Übliche
Techniken hierzu sind insbesondere das Fourcault-Verfahren, das
Libbey-Owens-Verfahren,
das Pittsburg-Verfahren, Down-Draw-
oder Up-Draw-Verfahren, das Overflow-Fusion-Verfahren sowie das Float-Verfahren.
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Das
erfindungsgemäß verwendete
Glassubstrat wird vorzugsweise mittels SnO2 oder
Sulfat geläutert.
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Die
erfindungsgemäß verwendeten
Trägermaterialien
bzw. Substratgläser
weisen bereits bei der Herstellung, d. h. direkt nach dem Ziehen,
eine derart glatte Oberfläche
auf, dass kein weiterer Polier- bzw.
Glättungsschritt
notwendig ist. Ein bevorzugtes Herstellungsverfahren ist dabei das
Floatverfahren. Mit dem erfindungsgemäß verwendeten Verfahren lassen
sich ohne weiteres Oberflächenrauhigkeiten
von weniger als 1 nm, insbesonders weniger als 0,7 nm erreichen,
und zwar direkt durch übliche Zieh-
bzw. Floatverfahren, d. h. ohne die Gläser einer Polier- bzw. Schleifprozedur
zu unterziehen. Üblicherweise
beträgt
die Oberflächenrauhigkeit
maximal 0,6 bzw. 0,5 nm. Häufig
lassen sich erfindungsgemäß auch Oberflächenrauhigkeiten
von 0,4 nm und darunter problemlos ohne Polieren erreichen. Erfindungsgemäß wurde
nun gefunden, dass sich diese geringe Oberflächenrauhigkeit auch bei längerem Erwärmen auf
hohe Temperaturen, insbesonders bis auf 10°C unterhalb Tg nicht oder nur
ganz geringfügig ändert, was
speziell für
die modernen Fertigungstechniken von Datenspeichersystemen oder
anderen Flachglasprodukten mit aufgebrachten Funktionsschichten
wichtig ist, die einen Hochtemperatur-Prozessschritt bei Temperaturen T > 250°C enthalten.
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Vorzugsweise
enthält
der mit dem erfindungsgemäß verwendeten
Glassubstrat hergestellte Datenträger eine magnetisierbare Schicht.
Die Herstellung derartiger magnetisierbarer Schichten ist bekannt
und wird beispielsweise unter Verwendung von kobalthaltigen Magnetschichten
durchgeführt. Übliche magnetisierbare
Funktionsschichten umfassen Zusammensetzungen, die Co, Pt, Cr, Ni,
Ta, sowie ggf. Si und Sauerstoff enthalten. Derartige Zusammensetzungen sind
dem Fachmann an sich bekannt und beispielsweise in der
US-B 6,426,151 beschrieben.
Zwischen der Magnetschicht und dem Glassubstrat ist vorzugsweise
eine Zwischenschicht angeordnet. Derartige Zwischenschichten sind
ebenfalls bekannt und können
ggf. auch magnetische Eigenschaften aufweisen. Darüber hinaus
kann ein derartiger Datenspeicher weitere übliche bekannte Schutz- und
Lubricant- bzw. Gleitfilmschichten enthalten.
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Es
hat sich gezeigt, dass mit dem erfindungsgemäß verwendeten Substratglas
auch bei hohen Temperaturen keine Diffusionsprozesse stattfinden,
in denen Glaskomponenten in die darauf angeordneten Schichten hineindiffundieren.
Trotzdem sind die aufgebrachten bzw. aufgesputterten Schichten fest
mit dem Trägersubstrat
verbunden und zeigen auch bei erhöhten Temperaturen keine Ablösungen.
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Die
Erfindung betrifft die Verwendung des Glases zur Herstellung eines
Mediums zum Speichern von elektronisch verarbeitbaren Daten bzw.
ein solches Medium selbst. Dabei ist auf dem Glassubstrat ein Schichtpaket
angeordnet, das mindestens eine magnetisch, optisch und/oder thermisch
zur Speicherung von Daten veränderbare
Speicherschicht aufweist, sowie gegebenenfalls eine zwischen Glassubstrat
und Speicherschicht angeordnete Zwischenschicht, wobei das Medium
auch weitere Hilfsschichten umfassen kann. Ein solches Medium ist
dadurch erhältlich,
dass auf dem Glassubstrat mindestens eine Schicht mittels Hochtemperaturprozessen
aufgebracht wird, wobei das Substrat auf eine Temperatur von 250°C bis 750°C erwärmt wird.
Bei einem solchen Speichermedium sind Glassubstrat und Schichtpaket
so fest miteinander verbunden, dass während des Betriebes über mehrere
Stunden in einer Klimatestkammer bei 60°C und bei einer relativen Luftfeuchtigkeit
von > 90% sich die
aufgesputterten Schichten nicht vom Glassubstrat lösen. Darüber hinaus
zeigt das Medium nach Herstellung und längerer Lagerung keine Interdiffusionsprozesse
zwischen Schicht und Substrat, d. h. dass durch die beim Sputterprozess
auftretende Wärmeeinwirkung weder
Glasbestandteile in das darüberliegende Schichtpaket
eindiffundieren noch Teile des Schichtpaketes in das Glassubstrat.
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Ein
solches Medium ist insbesonders zum Betrieb mittels dem sogenannten "heat assisted writing" geeignet. Dabei
wird die Magnetisierung bzw. Ausrichtung der Elementarmagnete (Weißsche Bezirke)
durch eine kurzzeitige lokale Erhitzung des Substrats mittels Induktion
etc. auf Temperaturen nahe dem Curiepunkt der magnetisierbaren Schicht unterstützt.
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Die
Erfindung soll anhand der folgenden Beispiele näher erläutert werden:
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Beispiel 1
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Es
wurde ein Glas mit der folgenden Zusammensetzung geschmolzen: Glas
1:
SiO2 | 57
Gew.-% |
Al2O3 | 17
Gew.-% |
B2O3 | 8
Gew.-% |
MgO | 5
Gew.-% |
CaO | 2
Gew.-% |
SrO | 6
Gew.-% |
BaO | 3,3
Gew.-% |
ZrO2 | 0,5
Gew.-% |
TiO2 | 0,5
Gew.-% |
CeO2 | 0,2
Gew.-% |
SnO2 | 0,5
Gew.-%. |
Tg = 711–722 °C
- und
auf einer Floatglasanlage zu einem Flachglas mit der Dicke 1,1 mm
gezogen. Das Glas zeigte als Flachglas eine Oberflächenrauhigkeit
von 0,32 nm auf. Diese Rauhigkeit wurde beispielsweise als arithmetischer
Mittelwert (Ra) der weißlichtinterferometrisch
(WLI) bzw. rasterkraftmikroskopisch ermittelten Topographiedaten
einer Messfläche
bzw.
entlang einer willkürlich gewählten Messstrecke bestimmt.
Das komplementäre
geometrische Mittel (Quadratwurzel aus der Summe der Quadrate der Messwerte)
der Daten wird mit "rms" bzw. "rq" bezeichnet.
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Beispiel 2
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Das
erfindungsgemäß verwendete
Glassubstrat von Beispiel 1 wurde bezüglich der Änderung der Ober flächenrauhigkeit
bei unterschiedlichen Wärmebehandlungen
mit handelsüblichen
Gläsern verglichen,
die mittels Polieren eine vergleichbare Oberflächenrauhigkeit aufwiesen.
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Vergleichsglas
1 (handelsüblich
in polierter Form) hatte einen SiO2-Gehalt
von ca. 63,5 Gew.-%, Al2O3 13,8
Gew.-%, B2O3 < 1 Gew.-%, Na2O 10,2 Gew.-%, K2O < 0,1 Gew.-%, Li2O 5,5 Gew.-%, CaO < 0,3 Gew.-%, ZrO2 4,3
Gew.-%, Sb2O3 0,4
Gew.-%.
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Das
Vergleichsglas 2 (handelsüblich
erhältlich
in polierter Form enthielt 63,4 Gew.-% SiO2,
16,4 Gew.-% Al2O3,
9,7 Gew.-% Na2O, 0,3 Gew.-% K2O, 16,1
Gew.-% MgO, 3,7 Gew.-% CaO sowie 0,4 Gew.-% Sb2O3.
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Die
Vergleichsgläser
lagen als runde Scheiben mit Innenloch vor (Aussendurchmesser 95
mm, Innendurchmesser 25 mm, Dicke ca. 1 mm), waren poliert und wiesen
eine Oberflächenrauhigkeit
von 0,7 nm (Vergleichsglas 1) sowie 0,6 nm (Vergleichsglas 2) auf.
Die Gläser
wurden anschließend,
auf einer keramischen Fasermatte (FIBERRAX®) als
Unterlagsmaterial einseitig aufliegend, auf 550°C für 30 Minuten erwärmt und
visuell-makroskopisch und mikroskopisch untersucht. Die Oberflächenrauhigkeit wurde
ebenfalls bestimmt. Dabei zeigte das erfindungsgemäß verwendete
Glas keinerlei Veränderungen.
Die Vergleichsgläser
des Standes der Technik zeigten unter anderem Verformungen am Innenloch sowie
eine Verformung der Platte an sich. Darüber hinaus entstand eine Compaction
(Schrumpfen infolge thermischer Behandlung), und es hatten sich
an der Oberfläche
Spikes (Einschlüsse
von Unterlagsmaterial), Pits (Eindrücke von Unterlagsmaterial)
und Bläschen
ausgebildet. Dazu stieg die Oberflächenrauhigkeit bei den Vergleichsgläsern auf
0,7–0,8
nm. Eine weitere Erhöhung
auf eine Temperatur von 700°C
zeigte bei den Vergleichsgläsern
eine starke Verformung und eine Zunahme auf eine Oberflächenrauhigkeit
von > 3 nm (Vergleichsglas
2) und > 4 nm (Vergleichsglas
1). Bei dem erfindungsgemäß verwendeten
Glas war lediglich eine Erhöhung
der Oberflächenrauhigkeit
auf 0,5 nm festzustellen.
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Das
erfindungsgemäß verwendete
Glas von Beispiel 1 wurde einem Sputtertest unterzogen. Dabei wurden
auf übliche
Weise magnetische Schichtpakete auf der Oberfläche der Gläser abgeschieden. Die Abscheidung
erfolgte in einer Zirkulus 12 Sputteranlage unter den für diese
Anlage und Schichtpaketen üblichen
Bedingungen. Dabei zeigte sich, dass das erfindungsgemäß verwendete
Glas von Beispiel 1 eine hohe Stabilität bezüglich der Schichtstruktur und
Schichthaftung aufwiesen.
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An
derart beschichteten Gläsern
wurde der Aufbau und die Interdiffusion der Schichten mittels einer
Sekundarionenmassenspektroskopie ermittelt. Dabei zeigte sich, dass
das beschichtete, erfindungsgemäß verwendete
Glassubstrat keinerlei Interdiffusionsprozesse zwischen Substrat
und den aufgesputterten Schichten zeigte, wohl aber die Glassubstrate
des Standes der Technik.
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Derart
beschichtete Harddisks wurden nach dem Aufsputtern einem Ablösetest unterzogen.
Dabei wurde während
des Betriebes in einem Klimatest das besputterte Substrat bei 60°C über mehrere Stunden
einer relativen Luftfeuchtigkeit von > 90% ausgesetzt. Dabei zeigte sich, dass
unter derartigen Bedingungen die aufgesputterten Schichten sich nicht
vom Substrat lösen
oder sich nachweisbar produktqualitätsmindernd verändern. Es
hat sich auch gezeigt, dass sich bereits aufgetragene Unterlagsschichten
beim Aufsputtern nachfolgender Schichten ebenfalls nicht lösen. Die
auf das erfindungsgemäß verwendete
Glas aufgesputterten Schichten sind somit fest mit dem Substratträger verbunden.
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Weiterhin
wurden die magnetischen Eigenschaften eines Schichtpaktes, das standardmäßig bei
225°C aufgebracht
wird, nach höheren
Sputtertemperaturen auf den verschiedenen Substraten untersucht.
Dabei hat es sich gezeigt, dass solange die Sputtertemperaturen
235°C nicht überschreiten,
Koerzitivfeld Hc und Remanenzmagnetisierung Mr des Schichtpaktes
auf dem untersuchten erfindungsgemäß verwendeten Glas von Beispiel
1 und dem Vergleichsglas 1 nicht signifikant verschieden sind. Eine Erhöhung der
Sputtertemperatur auf 250°C,
370°C bzw.
480°C führt zu einer
deutlichen Erhöhung
der Remanenzmagnetisierung Mr. Mit einer Erhöhung der Mr ist auch eine Erhöhung der
Signalintensität der
geschriebenen magnetischen Information verbunden (erhöhte magnetische
Performance).
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Der
Verlauf des entsprechenden Koerzitivfeldes Hc (Hc ist ein Maß für den Energieaufwand
von Schreib-/Löschprozessen)
im Sputtertemperaturbereich T = 250 bis 480°C zeigt, dass mindestens eine Sputtertemperatur
Topt existiert, bei der gilt:
Hc (Topt) = Hc (225°C) und Mr (Topt) > Mr (225°C)
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Dies
bedeutet, dass bei dieser Temperatur Topt die
magnetische Performance des Schichtpaketes bei gleichem Energieaufwand
für Schreib-/Löschprozesse
gegenüber
dem Standardprodukt erhöht ist,
was einen Produktvorteil darstellt. Derartige Sputtertemperaturen
verträgt
das Vergleichsglas 1 nicht ohne Oberflächenqualitätsverlust, wohl aber das erfindungsgemäß verwendete
Glas von Beispiel 1.