DE2260043C3

DE2260043C3 - Magnetischer Plattenspeicher und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE2260043C3
Application number: DE19722260043
Authority: DE
Inventors: Norio Kyoto Kimura; Akira Nagaokakyo Kyoto Yasutake
Original assignee: Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1972-09-08
Filing date: 1972-12-08
Publication date: 1975-05-15
Also published as: DE2260043A1; GB1376260A; JPS4946707A; DE2260043B2; JPS522603B2

Description

Die Erfindung betrifft einen magnetischen Plattenspeicher, der aus einem Glassubstrat und einem dünnen magnetischen Ferritfilm als Aufzeichnungsschicht besteht, sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung.

Fs sind magnetische Plattenspeicher bekannt, die 6us einem nichtmagnetischen Substrat und einem darauf aufgebrachten dünnen magnetischen Film bestehen. Bei einem bekannten magnetischen Plattenspeicher dieses Typs besteht das Substrat aus Aluminium oder einem anderen Leichtmetall. Diese Plattenspeicher haben jedoch den Nachteil, daß sich das Substrat wegen seiner Wärmedehnung beim Aufbringen eines dünnen magnetischen Films verformt, wodurch die Rcproduklionsleistung verschlechtert wird, oder daß die Verringerung des Spaltes zwischen dem Kopf und der magnetischen Oberfläche begrenzt ist und daß die magnetische Oberfläche bei diesem Kopf-Oberflächen-Kontakt leicht beschädigt wird. Ein weiterer Nachteil dieser Plattenspeicher ist der. daß die Haftung zwischen dem Substrat und dem aufgebrachten dünnen magnetischen Film nicht immer zufriedenstellend ist. Aus diesem Grunde wird der dünne magnetische Film bei den bekannten Plattenspeichern mittels eines Bindemittels, z. ß. eines Epoxy- oder ähnlichen Materials, auf das Substrat aufgebracht. Da nun die Rotationsgeschwindigkeit des Plattenspeichers wegen der Spannungen, die in dem metallischen Substrat auftreten, und wegen der Rippen und Wellen, die in dem dünnen Oberflächenfilm des Plattenspeichers beim Rotieren mit hoher Geschwindigkeit auftreten, zwangläufig auf einen niedrigen Wert beschränkt ist, muß ein Kopf-Oberflächen-Kontakt möglichst vermieden werden. Wenn nun der magnetische Film das obenerwähnte Bindemittel enthält, ist es schwierig, seine Dicke zu kontrollieren und ihn so dünn wie gewünscht zu machen, so daß bei dem Kopf-Obcrflächen-Kontakt leicht Beschädigungen auftreten. Ein weiterer Nachteil des bekannten Plattenspeichers ist der, daß das zu seiner Herstellung verwendete Bindemittel, das einen großen Anteil des Volumens des Filmes ausmacht, den Magnetisierungseffekt vermindert. Aus diesen Gründen weisen diese bekannten magnetischen Plattenspeicher nicht nur eine geringe Speicherkapazität und eine verhältnismäßig hohe Zugriffzeit auf. sondern sie haben auch eine schlechte Haltbarkeit.

Man hat nun bereits versucht, diese Nachteile /u beseitigen durch Aufbringen eines fest haftenden dünnen Ferritfilmes auf ein Keramiksubslrat. Als Substrat wurde beispielsweise Aluminiumoxydkeramik verwendet und zur Herstellung des dünnen magnetischen Filmes wurde ein Gemisch aus Eisen(HI)-nitrat und dem Nitratsalz eines anderen Metalls verwendet (vgl. die bekanntgemachte japanische Patentanmeldung 22 053/71). Aus der USA.-Patentschrift 3 !97 334 war es bereits bekannt, als Substrat einen geschmolzenen Quarz zu verwenden. Der geschmolzene Quarz hat zwar den Vorteil, daß seine Oberfläche infolge seiner geringen Krislallgröße sehr glatt ist. er hat jedoch den Nachteil, daß er sehr teuer ist und daß sich sein Wärmeausdehnungskoeffizient (4 bis 5.5- IO~'i C) von demjenigen des auf die Oberfläche aufgebrachten magnetischen Filmes (50 his 150· H)-⁷Z-C) so stark unterscheidet, daß der magnetische Film beschädigt wird, wenn er auf das Substrat aufgebracht oder das Substrat nach dem Aufbringen verwendet wird.

Aus der USA.-Patentschrift 3 HW 749 ist bereits ein Plattenspeicher bekannt, der aus einem Metaü- oder sonstigen nichtmagnetischen Substrat, einer Schicht aus zerkleinerten Pigmentpartikeln in einem Epoxyharz oder Polyurethan als Bindemittel und einer darauf aufgebrachten durchgehenden Siliciummonoxydschicht besteht. Als magnetisierbares Material enthält er ein Ferritmaterial.

In der deutschen OiTenlcgungsschrift 2 231 138 ist ein Aufzeichnungsträger für einen Magnctschiclitspeicher beschrieben, der aus einem Keramikträger und einer Ferrilschicht besteht.

Aus der USA.-Patentschrift 2 907 680 geht hervor, daß es bereits bekannt war. als Träger für dünne

magnetische Filrrie Glas zu veiwenden. Dich fümi jedoch zur Bildung von Spannungen in dem aufgebrachten, extrem dünnen magnetischen Film wegen der verhältnismäßig großen Unterschiede der Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem magnetischen Überzugsmaterial und dem Substratmatcrial. Diese Schwierigkeiten können durch Verwendung eines Schmiermittels beseitigt werden, das zwischen dem magnetischen Film und dem Substrat aufgebracht wird und die Entstehung von Spannungen vermeidet. Dies hat jedoch wiederum zur Folge, daß der magnetische Überzugsfilm nicht dünn genug gemacht werden kann.

In der USA.-Patentschrift 3 179 533 ist von der Verwendung von Glasgarnen zur Verstärkung des den Träger eines Magnetbandes aufbauenden PoIycarhonatharzes die Rede. Die Glasgarne dienen in diesem Falle jedoch nur als Verstärkungsmateria! für das Polycarbonatharz, aus dem das Substrat in erster Linie besteht. Ein solches Trägermaterial hat aber den Nachteil, daß es sich unter Zugspannung dehnt, wobei eine hohe bleibende Verformung auftritt. Außerdem haftet an einem solchen Trägermaterial der magnetische Filmüberzug sehr schlecht.

Aus der »Zeitschrift für angewandte Physik«. I¹Ho, Heft 5/6, S. 541 bis 545, war es bereits bekannt, daß Glas in Verbindung mit Siliciummonoxydschichten zur Verbesserung von kristallinen Unebenheiten als Substrat verwendet kann. Von der Verwendung von Glas in Verbindung mit einem Ferritfilm zur Herstellung eines magnetischen Plattenspeichers ist darin jedoch nicht die Rede. Zwar war es auch bereits bekannt, daß die für die Aufbringung eines gleichförmigen, dünnen magnetischen Filmes zu rauhe Oberfläche eines Aluminiumoxydkeramiksubstrats dadurch geglättet werden kann, daß man die Poren desselben durch vorsichtiges Polieren und mehrmaliges dünnes Auftragen von Nitratsalzen ausfüllt, es hat sich jedoch gezeigt, da3 dabei noch viele Probleme auftreten, die einer Lösung bedürfen.

Aulgabe der Erfindung ist es daher, einen Plattenspeicher bzw. ein Verfahren zu seiner Herstellung anzugeben, bei dem ein möglichst billiges Substratmaterial mit einer sehr glatten Oberfläche verwendet ist. das auch bei Wärmeeinwirkung keine Risse aufweist und auf das ein extrem dünner, gleichmäßiger magnetischer Ferritfilm fest haftend aufgebracht werden kann. _

Es wurde nun gefunden, daß diese Aufgabe gelöst werden kann durch einen magnetischen Plattenspeicher, der aus einem Glassubstrat und einem dünnen magnetischen Ferritfilm als Aufzeichnungsschicht besteht und dadurch gekennzeichnet ist, daß das Substrat aus kristallisiertem Glas mit einer Krislallgröße von bis zu 1,0 μ besteht und daß der Ferritfilm etwa 1 bis etwa 5 μ dick ist und aus MO ■ F .,O₁ besteht, worin M mindestens ein Metall aus der Gruppe Fc, Mg, Mn, Mi und Co bedeutet.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung besteht der Ferritfilm des magnetischen Plattenspeichers aus MnO · Fc.,O., oder aus CoO ■ Fe.,O_r Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist er zwischen dem Glassubstrat und dem Ferritfilm einen dünnen Film aus einem nichtmagnetischen Material auf. das die Poren in der Oberfläche des Glassubstrates füllt.

Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Herstellung des vorstehend beschriebenen Platten- -pciLiicis, das üäuuiLii gekennzeichnet ist, daß man die zur Herstellung des Ferritfilmes erforderlichen Metallnitrate auf das kristallisierte Glassubstrat in einer Vielzahl von Beschichtungsvorgängen unier Er- !litzen des Substrats auf eine hohe Temperatur in einer Atmosphäre aus Sauerstoff oder Luft aufbringt, bis die gewünschte Schichtdicke erzielt ist.

Gernäb einer bevorzugten Ausgestaltung dieses Verfahrens wird vor dem Aufbringen des Ferriifilmes η auf die polierte Oberfläche des Glassubstrats ein Film aus einem nichtmagnetischen Material aufgebracht, um die Poren in der Oberfläche des Glassubstrats zu füllen.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung dieses Verfahrens wird vor dem Aufbringen des dünnen Ferritfilmes die mit dem nichtmagnetischen Material beschichtete Oberfläche des Glassubstrats poliert, um das nichtmagnetische Material so weit zu entfernen, daß es nur noch die Poren in der Ober-2D fläche des Glassubstrats füllt.

Der erfindungsgemäße magnetische Plattenspeicher hat gegenüber den bisher bekannten vergleichbaren Materialien den Vorteil, daß die Oberfläche der Aufzeichnungsschicht extrem glatt und frei von Defekten ist. so daß Daten bzw. Informationen in einer außerordentlich hohen Dichte aufgezeichnet werden können, ferner besitzt er hervorragende mechanische Eigenschaften.

In dem erfindungsgemäßen magnetischen Platten-3» speicher wird als Substrat ein solches aus kristallisiertem Glas verwendet. Dieses ist im Handel erhältlich. Dabei ist es außerordentlich wichtig, daß die Dicke des magnetischen Ferritfilmes kontrolliert wird, so daß er so dünn wie möglich, z. B. weniger als etwa 5 u, insbesondere etwa 1 bis etwa 2 μ dick ist, um für den dünnen Film die vorteilhaftesten magnetischen Eigenschaften zu erzielen. Mit einem solchen dünnen magnetischen Ferritfilm kann die Bitdichte (Aufzeichnungsdichte) des Plattenspeichers stark erhöhl werden. So beträgt beispielsweise im Falle von Plattenspeichern mit einem magnetischen Ferritfilm einer Dicke von 25 u die Bitdichte 1000 bis 2000 Bits auf 2.54 cm. während mit einem dünnen magnetischen Ferritfilm mit einer Dicke von 2 μ mit Sicherheit eine Bitdichte von 30(K) bis 6000 Bits auf 2,54 cm erhallen wird. Um nun einen solchen dünnen Film auf die Oberfläche eines Substrats aufbringen zu können, muß dessen Oberfläche sehr glatt sein. Die Porosität beträgt bei Aluminiumoxydkeramik einige Prozent und bei dem handelsüblichen Kristallglasprodukt fast O⁰Zo, wobei die Kristallgröße bei Aiuminiumoxydkeramik innerhalb des Bereiches von etwa H) bis etwa 40 μ und bei dem handelsüblichen Glasprodukt innerhalb des Bereiches von etwa 0,2 bis etwa 1 μ liegt. Auf der Oberfläche von Aluminiumoxydkeramik können mit Hilfe eines Mikroskops bei 80Ofacher Vergrößerung viele Poren einer Größe von mehr als 1Ou festgestellt werden, während im Gegensatz dazu diese auf der Oberfläche des handelsfin üblichen Glasprodukts nicht zu beobachten sind. Darüber hinaus weist das handelsübliche Glasprodukt nicht mir einen kleineren Wärmeausdehnungskoeffizienten iils Aluminiumoxydkeramik, sondern auch eine größere Haue und einen größeren elektrischen Widerstandskoeffizienten auf. Die physikalischen Eigenschaften desselben sind in der folgenden Tabelle im Vergleich /u denjenigen von Aluminiumoxydkeramik angegeben:

Physikalische
Eigenschaften

Handelsübliches
kristallisiertes GIa

Aliiininiiimoxydkenmiik

Biegefestigkeit
(kg/cm²)

Elastizitätsmodul (kg/cm²)

Kristallgröße (μ)

Porosität ("/<>) . .

Elektrischer
Widerstandskoeffizient
(Ω/cm²)

Wärmeausdehnungs-
koeffizient (bei
20 bis 50° C)

Erweichungstemperatur
(⁰C)

700 bis 3500

0,8 bis 1,4 · 10«

0,2 bis 1,0

(fast) 0

10'⁶

20 bis 50,4· ΙΟ

Ι 200

140 bis 1050

0,7 bis 3.71 · H)" 10 bis 40 5 bis 10

100 bis 150· 10-

> 1600

Kristallisiertes Glas ist wesentlich billiger als geschmolzener Quarz und bei Verwendung eines kristallisierten Glases als Substrat treten in dem magnetischen Ferritfilm keine Haarrisse auf, wie sie durch die Differenz zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten von geschmolzenem Quarz und dem Ferritfilm hervorgerufen werden, da ein kristallisiertes Glas einen ähnlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist wie ein Ferrit.

Bei Verwendung eines kristallisierten Glases als Substrat tritt nur der Nachteil auf, daß manchmal einige Poren an der Oberfläche des Glases nach dem Polieren freiliegen, da das kristallisierte Glas solche Poren im Innern aufweist. Die Größe dieser Poren liegt innerhalb des Bereiches von etwa 2 bis etwa 10|i und diese Poren sollten vollständig aufgefüllt werden, um eine glatte Oberfläche zu erzielen. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann diese glatte Oberfläche dadurch erhalten werden, daß man auf die Oberfläche des Substrats ein nichtmagnetisches Material aufbringt, dessen Kristallgröße kleiner ist als die Größe der Poren. Als ein solches nichtmagnetisches Material sind Siliciumdioxyd (SiO„) und Eisenoxyd (Fe₂O.,) extrem bevorzugt. Der dünne Film aus dem nichtmagnetischen Material wird auf die gesamte Oberfläche des Substrats aufgebracht, und die Poren werden mit dem Material gefüllt, wodurch eine glatte Oberfläche gebildet wird, welche den gewünschten dünnen magnetischen Film ergibt. Es ist sehr zu empfehlen, das Aufbringen des dünnen magnetischen Filmes auf die Oberfläche des Substrats nach dem Polieren durchzuführen, um das nichtmagnetische Material so weit zu entfernen, daß nur die Poren mit dem Material gefüllt sind.

Die Erfindung wird durch die folgende Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Dabei bedeutet

F i g, 1 eine fragmentarische ebene Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen magnetischen Plattenspeicher,

F i g. 2 eine fragmentarische vergrößerte Querschnittsansicht einer Ausführungsform des magnetischen Plattenspeichers und

F i c. 3 eine fragmentarische vergrößerte Qucrschniltsansicht einer weiteren Ausführungsform dos Plattenspeichers.

In der Fig. 1 ist ein Substrat 1 aus einem handelsüblichen kristallisierten Glas auf einer rotierenden Achse 2 befestigt. Auf die Oberfläche des Substrats 1 ist ein dünner magnetischer Film 3 aufgetragen, und ein magnetischer Tonkopf (Wandlerkopf) 4 ist in einem geringen Abstand von dem dünnen magnetischen Film 3 angeordnet.

ίο In der Fig. 2 ist auf die Oberfläche eine«; Substrats 5 ein dünner Film 6 aus einem nichtmaunciischen Material aufgetragen, und auf den dünnen Film 6 ist ein dünner magnetischer Film 7 aufgetragen. In dem Substrats sind verschiedene Blasen 5λ vorhanden und auf der Oberfläche liegen nach dem Polieren verschiedene Poren Sb frei, die auf die Blasen 5« zurückgehen. Die gesamte Oberfläche des Substrats 5 wird mit dem Film 6 überzogen, so daß die Poren 5b mit dem Material gefüllt werden. In der Fig. 3 ist eine bevorzugte Ausbildung gezeigt, bei der der Film aus dem nichtmagnetischen Material nach dem Aufbringen wieder entfernt ist. Wenn der Film entfernt wird, erhält man aus dem Substrat 5 und den mit dem nichtmagnetischen Material gefüllten Poren Sb eine extrem glatte Oberfläche. Dementsprechend kann auf der Oberfläche ein gleichförmiger, extrem glatter und dünner magnetischer Film ^7 gebildet werden.

Nachfolgend wird eine Ausführungsform des erfindlingsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemäßen magnetischen Plattenspeicher näher beschrieben.

Zuerst wird ein kristallisiertes Glas für ein Substrat so ausgewählt, daß eine Scheibe mit einem Durchmesser von etwa 15 cm erhalten wird. Dieses Substrat wird sorgfältig poliert, bis auf der Oberfläche desselben mit einem Mikroskop bei SOOfach·^ Vergrößerung keine Defekte mehr zu beobachten sind. Dann wird auf das Substrat ein dünner Fcrritfilm aufgebracht. Der dünne Ferritfilm wird durch wiederholtes Auftragen und einleitendes Erhitzen erzeugt. Zum Beispiel werden Eiscn(III)-nitrat. Magnesiumnitrat und Mangannitrat getrennt aufgelöst, wobei jeweils eine Salzlösung in entionisiertem Wasscr gebildet wird. Diese Salzlösungen werden dann in einem geeigneten Mengenverhältnis miteinander gemischt unter Bildung der gewünschten Molverhaltnisse. Die ^-»bei erhaltene Lösung wird dann auf die Oberfläche des Substrats aufgetragen. Die Platte wird bei vertikaler Oberfläche mit einer extrem hohen Geschwindigkeit rotiert, so daß die aufgetragene Lösung unter Einwirkung der Zentrifugalkraft sich auf der Oberfläche der Platte zu einem extrem dünnen Film ausbreitet. Dann läßt man das beschichtete 55 Substrat in einer heißen Atmosphäre von 400 bis 700° C stehen. Die beiden Stufen der Beschichtung und vorbereitenden Erhitzung werden genügend of' wiederholt, bis die gewünschte Dicke des Überzug! erreicht ist. Die beiden Stufen werden beispielsweise 60 20mal wiederholt, um einen dünnen Ferritiilm einei Dicke von 2 u zu ergeben. Wenn die gewünschte Filmdicke erreicht worden ist, läßt man die Platt« bei einer hohen Temperatur, beispielsweise bei 90( bis 1000° C. in einer Sauerstoff- oder Luftatmo C5 Sphäre ausreichend lange, beispielsweise '/»Stundi bis (S Stunden lang, stehen zur Herstellung eine dünnen, harten Fcrritlilmcs. Andere typische Nitrat Salzlösungen, die mit der Eiscn(IIi)-nitrallösung cc

mischt werden können, sind Nickelnitrat- und Kobaltnitratlösungen, es können aber auch andere geeignete Nitratsaizlösungen verwendet werden. Da die Oberfläche des Substrats extrem glatt ist, ist der auf die Oberfläche aufgebrachte Ferritnlm ebenfalls extrem glatt und jperfekl.

Wenn mehrere Poren auf der Oberfläche eines kristallisierten Glases frei liegen, muß auf die Oberfläche ein Film aus einem nichtmagnetischen Material aufgetragen werden. Das Aufbringen eines Filmes aus einem nichtmagnetischen Material, beispielsweise aus Siliciumdioxyd, auf die Oberfläche des Substrats wird wie folg): durchgeführt:

043

Man läßt das Substrat bei einer hohen Temperatur von 300 bis 400° C stehen und besprüht das Substrat mit einer Monosilan-Stickstoff-Mischung unter Bildung eines dünnen Siliciumdioxydfilmes. Der Mechanismus der chemischen Bildung von Siliciumdioxyd ist folgender:

SiH₄ -r O_ä — SiO., 4- 2 H₂

Nach dem Aufbringen des Siliciumdicxydfilmes wird nach dem weiter oben beschriebenen Verfahren ein Ferritfilm auf die Oberfläche aufgebracht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

509 620/25

Claims

PatentLnsprüche:

1. Magnetischer Plattenspeicher, bestehend aus einem Glassubstrat und einem dünnen magnetischen Ferritfilm als Aufzeichnungsschicht, d a durch gekennzeichnet, daß das Substrat aus kristallisiertem Glas mit einer Kristallgröße von bis zu 1.0 μ besteht und daß der Ferritfüm etwa 1 bis etwa 5 μ dick ist und aus MO · Fe₂O., besteht, worin M mindestens ein Metall aus der Gruppe Fe, Mg, Mn, Ni und Co bedeutet.

2. Magnetischer Plattenspeicher nach Anbruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ferritlim aus MnO · Fe.,O., oder CoO ■ FeX)., besteht.

3. Magnetischer Plattenspeicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß er zwischen dem Glassubstrat und dem Ferritfilm •inen dünnen Film aus einem nichtmauretische-i Material aufweist, welches die Poren in der Oberfläche des Glassubstrats füllt.

4. Verfahren zur Herstellung des magnetischen Plattenspeichers nach den Ansprüchen 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß man die zur Herstellung des Ferritfilms erforderlichen Metallnitrate auf das kristallisierte Glassubstrat in einer Vielzahl von Beschichtungsvorgängen unter Frhitzen des Substrats auf eine hohe Temperatur in einer Atmosphäre aus Sauerstoff oder Luft aufbringt, bis die gewünschte Schichtdicke erzielt ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man vor dem Aufbringen des Ferritlilmes auf die polierte Oberfläche des Glas-Substrats einen Film aus einem nichtmagnetischen Material aufbringt, um die Poren in der Oberfläche des Glassubstrats damit zu füllen.

6. Verfahren nach Anspruchs, dadun.ii gekennzeichnet, daß man vor dem Aufbringen des dünnen Ferritfilmes die mit dem nichtmagnetischen Material beschichtete Oberfläche des Glassubstrats poliert, um das nichtmagnetischc Material so weit zu entfernen, daß es nur noch die Poren in der Oberfläche des Glassiibstrats füllt.