DE2732282C3

DE2732282C3 - Verfahren zum Herstellen einer magnetischen Speicherschicht

Info

Publication number: DE2732282C3
Application number: DE2732282A
Authority: DE
Inventors: Reimar Dr.-Phys. 6100 Darmstadt Spohr; Klaus 2000 Hamburg Witter
Original assignee: GSI Gesellschaft fuer Schwerionenforschung mbH
Current assignee: GSI Gesellschaft fuer Schwerionenforschung mbH
Priority date: 1977-07-16
Filing date: 1977-07-16
Publication date: 1982-03-25
Also published as: FR2397707A1; US4274935A; CA1141464A; JPS5916358B2; GB2001219B; GB2001219A; DE2732282A1; US4314894A; JPS5421133A; FR2397707B1; DE2732282B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer magnetischen Speicherschicht für magnetooptische Informationsspeicherung, bei dem auf ein Substrat eine magnetische Schicht mit zur Schichtebene senkrechter magnetischer Vorzugsrichtung aufgebracht wird, die sich infolge einer Fehlanpassung der Gitterkonstanten des Substrats und der magnetischen Schicht in einem mechanischen Spannungszustand befindet, worauf mit Hilfe einer lonenbestrahlung die Schicht derart strukturiert wird, daß Informationen in Form ortsstabiler magnetischer Domänen speicherbar

sind.

Derartige Schichten sind in IEEE Transactions on Magnetics, Vol. Mag-11, No. 5, September 1975, Seite 1097 bis 1102 beschrieben. Dabei ist die gespeicherte -, binäre Information durch die Richtung dieser Magnetisierung gegeben. Damit in einer Schicht eine große Informationsmenge gespeichert werden kann, muß diese Schicht strukturiert werden, indem sie in einzelne Bereiche unterteilt wird, die vorzugsweise die Form von

m in Reihen und Spalten angeordneten Quadraten oder Kreisen haben. Die Unterteilung muß so vorgenommen werden, daß sich die magnetische Domäne eines Bereiches nicht auf den nächsten Bereich ausbreiten kann, was bei der bekannten magnetischen Schicht dadurch erreicht wurde, daß diese Schicht an den Bereichsgrenzen bis auf ein Substrat weggeätzt wurde. Auf diese Weise wird eine Vielzahl von magnetischen Inseln auf dem Substrat gebildet, wobei jeweils eine Domäne einer Insel entspricht, d. h. die Domänengrenze ist der Rand der insel. Dadurch entsteht ein örtlicher Gradient der magnetischen Eigenschaften beim Übergang von der magnetischen Schicht am Rand der Insel zu einem uiimagnetischen Material, im allgemeinen Luft. Bei der bekannten magnetischen Schicht wurde das

2~> Gittermuster in diese Schicht dadurch geätzt, daß die Schicht mit einer Maske bedeckt wird, die die Schicht an den Stellen der Bereiche bzw. Domänen bedeckt und an den Stellen der auszuätzenden Gittermuster freiläßt. Durch die wegen eines ausreichenden Signal-/Rausch-Verhältnisse geforderte Dicke der magnetischen Schicht müssen die herausgeätzten Nuten aus technologischen Gründen eine bestimmte Mindestbreite haben. Andererseits wird jedoch angestrebt, die einzelnen Domänen und deren Abstände klein zu halten, um eine

is möglichst hohe Speicherdichte, d. h. eine möglichst große Informationsmenge pro Flächeneinheit zu erreichen. Alle bekannten Ätzverfahren liefern jedoch nur begrenzte Auflösung und Kantensteilheit bei gegebener Ätztiefe, so daß der Wunsch nach einem leistungsfähigeren Strukturierungsverfahren besteht, das zudem geometrisch beliebig Domänenmustcr zuläßt.

In der eingangs genannten Druckschrift ist ferner angegeben, die geometrische Stabilität von Domänen durch Ausnutzen von Strahlungsschädeneffekten zu erreichen, die durch die Wandkoerzitivkraft erhöht wird. Solche Strahlungsschädeneffekte entstehen durch lonenplantation, wie sie aus »Ion Implantation in Semiconductors and other materials«, Plenum Publishing Corporation, New York, Seite 505 bis 525

■50 hervorgeht.

Dort wird durch Ionenimplantation eine gewisse Haftung für freibewegliche Domänen erreicht, jedoch nicht bei magnetooptischen Speichern, sondern bei Speichern mit Domänen, die durch äußere Felder bewegt werden. Auch hierbei ist die erreichbare Feinheit der Strukturen begrenzt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen einer magnetischen Speicherschicht anzugeben, bei der die Strukturierung so vorgenommen wird, daß auch sehr kleine Domänen stabil und zuverlässig gespeichert werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schicht gleichmäßig mit 10⁶ bis 10⁹ Ionen/cm² bestrahlt wird, die auf eine derartige Energie beschleunigt sind, daß die mittlere Eindringtiefe größer als die Schichtdicke ist, und daß anschließend mindestens ein Teil der Kernspuren ausgeätzt wird.

Bei Bestrahlung durch Ionen lassen sich im Prinzip

wesentlich feinere Strukturen erreichen, so daß eine hohe Speicherdichte erzielt werden kann. Die hochenergetischen Ionen hinterlassen nämlich beim Eindringen in die magnetische Schicht Kernspuren mit hoher Defektdichte und einem Durchmesser von etwa 100 A. ; Das gestörte Volumen dieser Kernspuren läßt sich durch selektive Ätzmittel herauslösen, wodurch Kanäle mit zylindrischem oder prismatischem Querschnitt entstehen. Der »Einfangquerschnitt« dieser Ätzkanäle für magnetische Wände läßt sich weit über deren κι Abmessungen auf etwa die »Dicke« der Wände erweitern, wenn Schichten z. B. mit planaren Fehlanpassungs-Spannungen bestrahlt werden, so daß sich Spannungshöfe an den Ätzkanälen ausbilden können.

Über Magnetostriktion wirken diese Spannungshöfe als Haftregionen für magnetische Wände. Natürlich würde eine ähnliche Haftwirkung auf die magnetischen Wände von den geätzten Kernspuren ausgehen, wenn diese durch genügend langes Ätzen air* etwa die Wanddicke aufgeweitet würden. Dadurch allerdings entstehen optische Streuzentren, wodurch Auslesewirkungsgrad und magnetooptischer Kontrast stark vermindert werden. Die Erfindung indessen ermöglicht in gespannten Schichten eine hohe Haftwirkung bei relativ geringem spezifischem Volumen der Kanäle. 2^r> Wird durch Wärmepuls, z. B. mittels fokussierendem Laserstrahl, im äußeren Feld örtlich eine magnetische Domäne erzeugt, so bleibt die umgebende magnetische Wand nach dem Wärmepuls an den nächstgelegenen Ätzkanälen haften. so

Eine Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß vor der Bestrahlung der magnetischen Schicht eine Maske in Form einer Schicht aus einem Element mit hohem Atomgewicht, z. B. Gold, aufgebracht wird, die die magnetische Schicht in si voneinander isolierten Bereichen bedeckt, und daß diese Schicht nach der Bestrahlung entfernt wird. Dadurch bleiben die Bereiche, die anschließend Domänen speichern sollen, völlig ungestört.

In den meisten Fällen ist die Störung durch die 4» Kernspuren allein jedoch sehr gering, und eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Ätzen die bestrahlte magnetische Schicht in voneinander isolierten Bereichen von einer Maske aus einem Material bedeckt wird, das weitgehend resistent gegen das Ätzmittel ist, und daß die Maske nach dem Ätzen der Kernspuren ohne Beeinträchtigung der magnetischen Eigenschaften der Schicht entfernt wird.

Dadurch werden nur die Kernspuren ausgeätzt, die nicht von der Maske bedeckt sind. Die nicht geätzten Kernspuren bleiben magnetisch praktisch wirkungslos, da ihr Durchmesser (etwa 10 nm) wesentlich kleiner als die Dicke der Wände 100 nm) ist. Dadurch läßt sich wieder ein definiertes Muster erzeugen. Außerdem bind optische Streuverluste im Bereich der Speicherzellen minimiert. Dabei lassen sich auch in relativ dicken Schichten (z.B. « ΙΟμίτι) sehr gute Auflösungen erzielen, da es Unterätzung nicht gibt und im unten beschriebenen Fall eine hochauflösende Maskenstruktür erreichbar ist. Deshalb kann die Dosis relativ hoch gewählt werden (> 10⁹Cm-²), woraus eine große Wand Koerzitivfeldstärke H_c ^w resultiert. Bei d = 10⁹cm-² ergibt sich dann etwa ein spezifisches Streuvolumen von 3 · ΙΟ-⁴, das zu vernachlässigen ist gegenüber dem magnetooptischen Wirkungsgrad und dem Auslesekontrast der ungestörten Speicherzelle. Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens ist die Anwendung einer Ätzmaske mit einer ujt eine Größenordnung verbesserten Auflösung. Dadurch wird eine bezüglich der Speicherplatzfestlegung quasi unstrukturierte Schicht erhalten, die dem Laser-Ablenker keine Randbedingungen setzt Das ist möglich, weil das Maskenätzen von Kernspuren hochauflösend ist, sofern die Dosis nicht zu hoch gewählt wird und hochauflösende Masken resistent gegen das Ätzmittel sind.

Zum Ätzen können verschiedene selektiv wirkende Ätzlösungen verwendet werden. Vorteilhaft ist es zum Beispiel, daß als Ätzlösung eine auf 50⁰C bis 30⁰C erwärmte wässerige Lösung von 25% konzentrierter Salpetersäure und 25% konzentrierter Essigsäure verwendet wird. Eine andere Ausgestaltung, die nicht mit einer flüssigen Ätzlösung arbeitet, ist dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle der Behandlung mit Ätzlösung ein Sputterätzen in einer sauerstoffhaltigen Edelgasatmosphäre angewendet wird. Durch die Anwesenheit von Sauerstoff wird zwar die Ätzrate verringert, jedoch die Selektivität beim Ätzen erhöht Allerdings ist die Tiefe der Ätzkanäle bei letzterer Ätztechnik geringer als bei ersterer, und ihre Form ähnelt Kratern.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

F i g. 1 eine scheinatische Darstellung einer gesamten Speicheranordnung,

F i g. 2 die Abhängigkeit der Magnetisierung in einem ferrimagrietischen Granatmaterial von der Temperatur,

Fig.3 schematisch die bekannte Strukturierung durch Inselbildung,

F i g. 4 die Domänenwandhaftung bei Ausätzung aller Kernspuren,

F i g. 5 die Bildung von Domänengrenzen bei Bestrahltung mit Ionen kleiner Dosis und Ätzung aller Kernspuren in Draufsicht,

F i g. 6 eine Schnittansicht der F i g. 5 längs A-A.

In der Speicheranordnung nach F i g. 1 erzeugt der Laser 1 einen linear polarisierten Lichtstrahl, der in einem Lichtablenker 2, beispielsweise einem elektrooptischen Polarisationsschalter mit doppelbrechenden Prismen, in verschiedene Richtungen wahlweise abgelenkt wird. Die Richtung der Lichtablenkung bestimmt ein Adressensignal am Eingang 3.

Das abgelenkte Licht fällt je nach Richtung auf einen der magnetisierbaren Bereiche auf der Speicherplatte 4, die auf einem unmagnetischen Substrat eine Anzahl in diesem Beispiel durch Inseln gebildete Bereiche aus einem ferrimagnetischen Granatmaterial besitzt. Dieses Material möge auf Grund des Herstellungsverfahrens eine derartige Anisotropie besitzen, daß der Magnetisierungsvektor senkrecht zur Oberfläche, d. h. in der Richtung des Lichtes oder entgegengesetzt, steht.

Ferrimagnetische Granatmaterialien haben die Eigenschaft, daß sie eine unterhalb der Curietemperatur Ta und oft im Bereich der Raumtemperatur liegende Kompensationstemperatur T₀₀ besitzen, bei der die Magnetisierung verschwindet, wie aus Fig. 2 zu erkennen ist, die optische Aktivität jedoch erhalten bleibt. In diesem Punkt läßt sich die Magnetisierungsrichtung durch äußere Magnetfelder nicht verändern. Zum Einschreiben einer Information wird ein Bereich auf der Speicherplatte 4 durch den Lichtstrahl so auf eine Schalttemperatur T₅ erwärmt, bei der die Magnetisierung wesentlich von Null unterschieden ist, und gleichzeitig wird ein Schaltmagnetfeld H_s angelegt. Wenn der Magnetisierungsvektor des betreffenden Bereiches vorher in der Richtung des Lichtes verlief, wird er jetzt durch das Schaltmagnetfeld in die

entgegengesetzte Richtung umgeschaltet (oder umgekehrt), ohne daß die umliegenden Bereiche durch das Schaltmagnetfeld beeinflußt werden, wenn die Erwärmung des einen Bereiches kurz genug andauert, so daß die umliegenden Bereiche sich noch nicht erwärmen. Zum Auslesen wird ein polarisierter Lichtstrahl ohne angelegtes Feld auf den auszulesenden Bereich gerichtet, und aus der Richtung der Drehung der Polarisationsebene des Lichtes des aus der Speicherplatte austretenden Lichtstrahles ergibt sich die gespeicherte Information. Durch einen der Photodiode bzw. der Photodiodenmatrix 5 vorgeschalteten Analysator 7 kann die Polarisation des aus der Speicherschicht 4 austretenden Lichtes in Helligkeitsunterschiede umgewandelt werden, die dann die Information angeben und die über Photodioden in elektrische Signale umgewandelt und gegebenenfalls nach Verstärkung am Ausgang 6 abgegeben werden.

Um die Speicherschicht 4 gut auszunutzen und möglichst viele Informationen speichern zu können, soll jeder Information nur ein flächenmäßig kleiner Bereich zugeordnet werden. Von der Speicheranordnung her ist die minimale Größe und die maximale Dichte der Bereiche durch den kleinsten Durchmesser des Lichtfleckes auf der Speicherschicht begrenzt, auf den der Lichtstrahl fokussiert werden kann, sowie durch die Genauigkeit der Ablenkung. Außerdem müssen die einzelnen Bereiche sowohl in der Größe wie auch in der Lage sehr stabil sein, um ein reproduzierbares Auslesen zu ermöglichen. Es ist bekannt, daß in spontan magnetisierten Schichten magnetische Domänen existieren können, deren Magnetisierungsrichtung zu der der angrenzenden Domänen entgegengesetzt gerichtet ist. Benachbarte Domänen trennt eine magnetische Wand. Diese Domänen sind jedoch bei den Schichten, die für magnetooptische Speicher verwendet werden und die sich mit geringen Schaltmagnetfeldern umschalten lassen, oft zu groß und unter Umständen zu leicht verschiebbar. Sie müssen also durch zusätzliche Maßnahmen kleiner und ortsstabil gemacht werden. Die ferrirnagnetische Granatschicht wird daher in einzelnen Inseln unterteilt, wie in F i g. 3 dargestellt ist. Dazu wird auf ein Substrat 10 eine ferrimagnetische Granatschicht

11 aufgebracht und danach mit einer Maske bedeckt, die die Granatschicht an der Stelle der späteren Vertiefung

12 frei läßt, und dann wird die Granatschicht einem komplizierten Ätzprozeß ausgesetzt, der das Granatmaterial an den unbedeckten Stellen entfernt, so daß die Vertiefungen 12 entstehen. Eine in einer Insel 11 vorhandenen Domäne erstreckt sich dann bis an den Rand dieser InseL Magnetische Wände können diesen Rand jedoch nicht überschreiten, so daß jede Insel ein Eindomänengebiet darstellt, das unabhängig von den umliegenden Inseln und deren Magnetisierung ist

In F i g. 5 ist eine Speicherschicht in Draufsicht und in F i g. 6 im Schnitt längs der Linie A-A dargestellt, die auf eine andere Weise strukturiert wurde. Auch hier ist wieder ein Substrat 10 vorhanden, das beispielsweise aus (Gd, Ca)₃ (Ga, Zr)s O12 bestehen kann und unmagnetisch ist Darauf ist z. B. auch eine ferrimagnetische einkristalline Granatschicht beispielsweise mit der Zusammensetzung (Gd, Bi)3 (Fe, AL Ga)sOi2 durch FIüssig-Epitaxie aufgebracht, deren Gitterkonstante nicht genau angepaßt ist. Diese Granatschicht wird einer Bestrahlung mit Ionen ausreichend hoher Energie, aber kleiner Dosis ausgesetzt.

Die Granatschicht 11 wird ohne Bedeckung mit einer Maske vollständig mit Ionen bestrahlt. Die einzelnen Ionen hinterlassen im Kristallgefüge der Granatschicht

11 sogenannte Kernspuren mit einem Durchmesser in der Größenordnung 10 nm, in denen das Kristallgitter stark gestört ist, was sich jedoch noch nicht auf die magnetischen Wände der Schicht auswirkt, da diese Dimensionen weit unterhalb der Wanddicke von Domänen liegen. Es wurden selektive Ätzlösungen gefunden, beispielsweise eine heiße wäßrige Lösung von 25 Vol-o/o konz. HNO₃ + 25 VoL-% konz. CH₃COOH, in

in der das gestörte Kristallgefüge ein sehr viel größeres Lösungsvermögen hat als das ungestörte Kristallgefüge, (im beschriebenen Fall einige 10²:1). Auch beim Sputterätzen in einer Atmosphäre aus Argon und Sauerstoff wird durch den Sauerstoffanteil das gestörte

! ■-. Kristallgefüge stärker abgetragen als das nichtgestörte. Wenn also eine bestrahlte Granatschicht beispielsweise in der o.g. flüssigen Ätzlösung bei 70⁰C während 30 Min. behandelt wird, werden die Kernspuren als Kanäle

12 mit Kraterrand an der Schichtoberfläche ausgeätzt. Diese können bei geeigneter Dicke der Granatschicht 11 bzw. hinreichend hoher Ionenenergie durch die ganze Schicht hindurch bis in das Substrat hineinreichen. Derartige Ätzkanäle 12 sind in Fig.5 und ein Querschnitt eines Ätzkanals ist in Fig.6 dargestellt.

_>-> Dort ist die Granatschicht 11 nach dem Bestrahlen mit Ionen durch eine Maske 13 abgedeckt worden, deren Material gegen das verwendete Ätzverfahren weitgehend resistent ist, und dann wurde die Schicht einer Ätzbehandlung ausgesetzt. Dadurch sind also nur die

jo Kernspuren zu Kanälen ausgeätzt worden, die nicht von der Maske 13 bedeckt wurden. Die Bereiche mit ungeätzten Kernspuren stellen die Informationsspeicherzellen dar, in denen das gestörte Schichtvolumen anteilmäßig sehr gering ist Hier sollten zweckmä-

j3 ßigerweise die Spannungshöfe Minima der Wandenergie darstellen, d. h. bei planarer Druckspannung sollte die Schicht eine positive Magnetostriktionskonstante λ, bei planarer Zugspannung eine negative Magnetostriktionskonstante λ aufweisen.

Denn besonders wirksam haften Magnetwände an diesen Ätzkanälen, wenn die Granatschicht 11 sich in einem Spannungszustand befindet, d.h. daß in dieser Schicht beispielsweise eine planare Druckspannung besteht, die dadurch erzeugt werden kann, daß die Kristallgitterkonstante der Granatschicht 11 etwas größer ist als die des Substrates 10, beispielsweise einen Unterschied von 2 pm besitzt An den Stellen der ausgeätzten Kanäle 12 gleicht sich diese Druckspannung dann zumindest zum Teil aus, so daß in der

Umgebung eines Ätzkanals ein mechanischer Spannungsgradient auftritt wie durch den schraffierten Bereich im Querschnitt der F i g. 6 in der Umgebung des Kanals 12 angedeutet ist Durch diesen mechanischen Spannungsgradienten tritt über die Magnetostriktion ein Gradient der magnetischen Anisotropie auf. Dadurch ändert sich die Wandenergie σ» bei negativem A, so daß eine Domäne in ihrer Verschiebung durch einen solchen Kanal behindert wird. Liegen derartige Kanäle genügend dicht läßt sich die Wand nur durch größere Magnetfelder verschieben. Dabei sollten sich jedoch die Spannungshöfe nicht überschneiden, damit der volle Anisotropiegradient auf der Wand wirksam wird. Daher erscheinen in diesem Fall Dosen > W/cm² nicht zweckmäßig.

Dadurch ist es also möglich, daß in den infolge der Maske 13 nicht ausgeätzten Bereichen unabhängig voneinander Domänen bestehen können, die sich gegenseitig nicht beeinflussen. Die minimale stabile

Größe der durch geätzte Kernspuren stabilisierten Domänen hängt bei optimaler Dosis von der Wandenergie und dem Anisotropiegradienten ab. Bei optimaler Dosis kann die Auflösung dadurch vergrößert werden, daß die Gitterfehlanpassung vergrößert oder die ^r> Ätzzeit verlängert oder ein Material mit einer größeren Magnetostriktionskonstanten gewählt wird. In allen Fällen wird nämlich der Wirkungsquerschnitt der Krater vergrößert. Es ist auch zweckmäßig, die uniaxiale magnetische Anisotropie zu veiringern. Wird ι ο die Dosis wesentlich über lO'cm-² erhöht, so entstehen durch Ätzung quasi zusammenhängende Lücken im Kristallgitter, die in der Wirkung dem in Fig. 3 dargestellten Verfahren entsprechen.

Bei der in Fig.4 dargestellten Speicherschicht !! ist ic· dagegen weder beim Bestrahlen mit Ionen noch beim Ätzen eine Maske verwendet worden. Dadurch sind alle Ionen, die die Speicherschicht beim Bestrahlen getroffen haben, danach zu Kanälen 12 ausgeätzt worden, wie in F i g. 4 zu ersehen ist. Vorteil dieses Verfahrens ist, daß also zunächst überhaupt keine feste Struktur für die Informationsbereiche vorgegeben ist.

Es werde angenommen, daß die Schicht in Fig.4 durch einen etwa kreisförmigen Lichtfleck, der durch die schraffierte Fläche 14 angedeutet ist, kurzzeitig aufgeheizt wird, während gleichzeitig ein Schaltmagnetfeld ausreichender Größe mit einer Richtung entgegengesetzt zu dem vorhandenen Magnetisierungsvektor anliege. Dann wird sich also in dem erwärmten Bereich die Magnetisierung umkehren, d. h. es wird eine Domäne mit etwa zylindrischer Wand gebildet. Da ein Schichtmaterial verwendet wird, in dem sich ohne Störungen nur sehr große Domänen aufrechterhalten lassen (die Magnetisierung ist klein), wird sich die erzeugte Domäne also ausbreiten, bis die Wände außerhalb des Lichtflecks durch Kanäle aufgehalten werden. Diese Domäne 15 sei durch die geradlinige Verbindung 16 der Kanäle 12 außerhalb bzw. auf dem Rand des Lichtflecks mit der quer zur Schraffur des Lichtflecks liegenden Schraffur angedeutet. Nach erfolgtem Wärmepuls bleibt diese Domäne bei hinreichend hoher Defektdichte auf Grund der erhöhten Wandhaftung stabil, sofern ihr Durchmesser und die Wandkoerzitivfeldstärke H_c ^w nicht zu klein sind. Abgesehen davon, daß das Herstellungsverfahren einfacher ist ergibt sich dadurch auch der Vorteil, daß das Lichtablenkermuster nicht mit einer vorgegebenen Schicht-Struktur übereinstimmen muß. Die unmagnetisierten Bereiche, die jeweils eine Information enthalten, werden indessen durch den Lichtablenker selbst bestimmt. Die bei der Bestrahlung verwendete Dosis ist zum einen dadurch bestimmt, daß die einzelnen Kanäle 12 genügend eng beieinanderliegen, so daß sich auch bei Aufheizen eines kleinen Flecks nicht zu große Domänen ausbilden. Für eine Domänengröße von unter 10 μπι ist daher eine Dosis von etwa 10⁷ Ionen pro cm² oder größer notwendig. Andererseits darf die Dosis auch nicht zu hoch sein, damit sich die Spannungsausgleichhöfe um die einzelnen Kanäle 12 nicht überlappen. Aus diesem Grunde ist die maximale Dosis bei vorgespannten Schichten auf etwa 10⁹ Ionen/cm² begrenzt Im vorstehend beschriebenen Fall sind allerdings auch wesentlich höhere Dosen gestattet wenngleich daraus in Schichten mit planarer Spannung keine wesentliche Steigerung der Wandkoerzitivfeldstärke H_c ^wzu erwarten ist, da sich die Spannungshöfe dann mehr und mehr überlappen.

Bei den zuletzt anhand der F i g. 4 bis 6 beschriebenen Schichten, bei denen die Haftstellen für die magnetischen Wände durch Bestrahlung mit Ionen niedriger Dosis und anschließendes selektives Ätzen erzeugt werden, tritt wie eingangs erwähnt eine Erhöhung der Einschreibempfindlichkeit auf. An den durch Ätzen entstehenden Ätzkanälen kann ein in die magnetische Schicht durch Gitterfehlanpassung aus Substrat eingebauter homogener Spannungszustand relaxieren, wobei ein Anisotropiegradient auftritt. Wenn also das Material der magnetischen Schicht eine negative Magnetostriktionskonstante hat und um die Ätzkanäle Senken einer planaren Zugspannung auftreten, lassen sich beim thermomagnetischen Schalten dort schon mit geringen Magnetfeldern magnetische Wände erzeugen, die schließlich durch Verschiebung den ganzen Speicherplatz umklappen. Dieser Effekt ist bei den Magnetschichten gemäß Fig.4, bei denen alle Kernspuren ausgeätzt werden und somit auch die innerhalb eines Speicherbereiches liegenden, besonders ausgeprägt. Bei Speicherschichten gemäß F i g. 5 und 6 tritt dieser Effekt nur auf, wenn beim Erwärmen eines Bereiches mittels eines Laserstrahles auch der Randbereich, d. h. ein Teil des Bereiches mit den Ätzkanälen zwischen den Speicherbereichen, merklich mit erwärmt wird.

In einem Beispiel wurde eine epitaktisch aufgebrachte Eisengranatschicht der Zusammensetzung (Gd, Bi)3 (Fe, Ga, Al)sOi2 verwendet, wobei die Kristallgitterfehlanpassung an das Substrat etwas größer als l°/oo war. Die uniaxiale Anisotropie der ungestörten Schicht war kleiner als 10³ erg/cm³ und die Kompensationstemperatur der Magnetisierung lag zwischen etwa 0⁰C und 40⁰C. Bei Schichtdicken bis etwa 10 μπι konnten nach Bestrahlung mit einer Dosis größer als 10⁷ Ionen/cm² magnetische Domänen mit beliebiger Flächenverteilung und Durchmessern von kleiner als ΙΟμηι gespeichert werden.

Anstelle der Bestrahlung der magnetischen Schicht mit Ionen zur Erzeugung von Kristallgitterstörungen kann auch das einkristalline Substrat auf das die magnetischen Schichten epitaktisch aufgebracht werden, durch lonenbestrahlung gestört werden. Diese Störungen pflanzen sich bei dem Aufwachen der magnetischen Schicht in dieser fort, so daß sich diese annährend wie bestrahlte Magnetschichten verhalten.

Es können also auf verschiedene Weise Speichermaterialien hergestellt werden, in denen Domänen mit kleinen Abmessungen ortsstabil aufrechterhalten und umgeschaltet werden können. Allen Möglichkeiten ist gemeinsam, daß die Domänen bzw. deren Wände durch Unregelmäßigkeiten in der Speicherschicht festgehalten werden, die durch Bestrahlung mit Ionen erzeugt werden und die einen Gradienten der magnetischen Eigenschaft d.h. der Anisotropie, der magnetischen Austauschenergie oder von beiden erzeugen. Die genaue physikalische Wirkung der in beschriebener Weise erzeugten Störstellen auf die Wandhaftung ist nicht im einzelnen beschrieben worden, da dies für das Prinzip der Erfindung und deren Verständnis nicht notwendig erscheint Die Erfindung ist nicht auf ferrimagnetische Granatschichten oder auf durch FIüssig-Epitaxie hergestellte magnetische Schichten beschränkt

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen einer magnetischen Speicherschicht für magnetooptische Informationsspeicherung, bei dem auf ein Substrat eine magnetische Schicht mit zur Schichtebene senkrechter magnetischer Vorzugsrichtung aufgebracht wird, die sich infolge einer Fehlanpassung der Gitterkonstanten des Substrats und der magnetischen Schicht in einem mechanischen Spannungszustand befindet, worauf mit Hilfe einer Ionenbestrahlung die Schicht derart strukturiert wird, daß Informationen in Form ortsstabiler magnetischer Domänen speicherbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht gleichmäßig mit 10⁶ bis 10⁹ Ionen/cm² bestrahlt v/ird, die auf eine derartige Energie beschleunigt sind, daß die mittlere Eindringtiefe größer als die Schichtdicke ist und daß anschließend mindestens ein Teil der Kernspuren ausgeätzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Bestrahlung der magnetischen Schicht eine Maske in Form einer Schicht aus einem Element mit hohem Atomgewicht, z. B. Gold, aufgebracht wird, die die magnetische Schicht in voneinander isolierten Bereichen bedeckt, und daß diese Schicht nach der Bestrahlung entfernt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Ätzen die bestrahlte magnetische Schicht in voneinander isolierten Bereichen mit einer Maske aus einem Material bedeckt wird, das weitgehend resistent gegen das Ätzmittel ist, und daß die Maske nach dem Ätzen der Kernspuren ohne Beeinträchtigung der magnetischen Eigenschaften der Schicht entfernt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Ätzmaske ein Photoresist benutzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß als Ätzmittel eine auf 50⁰C erwärmte wäßrige Lösung von 25% konzentrierter Salpetersäure und 25% konzentrierter Essigsäure verwendet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das selektive Ausätzen der Kernspuren durch Sputterätzen in einer sauerstoffhaltigen Edelgasatmosphäre erfolgt.

7. Abwandlung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat mit hochenergetischen Ionen geringer Dosis (10⁶ bis 10⁹ cm-²) bestrahlt und selektiv geätzt wird und daß danach erst die Magnetschicht, unter Gitterfehlanpassung, abgeschieden wird.