DE3334923C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein magnetooptisches Aufzeichnungsmaterial
gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.
Magnetooptische Aufzeichnungsmaterialien wie z. B. magnetooptische
Aufzeichnungsplatten sind löschbare oder wieder beschreibbare
Aufzeichnungsmaterialien, auf die Information magnetisch
aufgezeichnet werden kann und aus denen die magnetisch
aufgezeichnete Information unter Anwendung des magnetooptischen
Effekts ausgelesen werden kann.
Eine bekannte magnetooptische Aufzeichnungsplatte weist eine
quermagnetisierte magnetische Dünnschicht auf, die auf einem
z. B. aus Glas oder einem Harz hergestellten Substrat gebildet
ist. Die Achse der leichten Magnetisierbarkeit der magnetischen
Dünnschicht ist in der zu der Plattenebene senkrechten
Richtung orientiert. Zum Einschreiben von Information
in die Aufzeichnungsplatte wird ein Laser verwendet.
Durch Bestrahlen der magnetischen Dünnschicht mit dem Laserstrahl
wird die Information
thermomagnetisch auf die Aufzeichnungsplatte aufgezeichnet. Zur
Wiedergabe der in der Aufzeichnungsplatte gespeicherten,
magnetisch aufgezeichneten Information wird das
von der magnetischen Dünnschicht reflektierte Licht
verwendet. Die Wiedergabe wird erzielt, indem man die
durch den magnetooptischen Kerr-Effekt hervorgerufene
Drehung der Polarisationsebene (Kerr-Drehung) des reflektierten
Lichts ermittelt.
Die vorstehend erwähnte magnetooptische Aufzeichnungsplatte
weist jedoch den Nachteil auf, daß das bei
der Wiedergabe von Information erzielbare Signal/Rausch-Verhältnis
zu niedrig ist, um zufriedenstellend zu
sein. Dieser Nachteil eines unbefriedigenden Signal/Rausch-Verhältnisses
ist hauptsächlich den folgenden
Tatsachen zuzuschreiben:
Die magnetische Dünnschicht, die gegenwärtig als senkrecht
bzw. quermagnetisierte Dünnschicht der Aufzeichnungsplatte
verwendet wird, kann nur einen sehr kleinen
Kerr-Drehungswinkel, der in der Größenordnung von etwa
0,1° liegt, erzeugen. Ferner muß die Leistung des
für die Wiedergabe anwendbaren Lichtstrahls begrenzt
werden, damit die gespeicherte magnetische Information
nicht durch die Einwirkung des zur Wiedergabe dienenden
Lichtstrahls verlorengeht.
Aus der JA-OS 56-1 56 943 ist ein magnetooptisches
Aufzeichnungsmaterial mit einem Substrat, einer auf dem Substrat
aufgebrachten magnetischen Dünnschicht und einer zweischichtigen
dielektrischen Schicht, die auf der magnetischen
Dünnschicht ausgebildet ist, bekannt. Die zweischichtige dielektrische
Schicht besteht aus einer transparenten dielektrischen
Schicht aus SiO oder CeO₂, die die Funktion hat,
den Kerr-Drehungswinkel zu vergrößern, und einer zum Schutz
der sehr dünnen transparenten dielektrischen Schicht gegen
Beschädigung oder Abrieb dienenden Schutzschicht, durch die
eine z. B. auf Staubeinwirkung zurückführende Verschlechterung
des Signal/Rausch-Verhältnisses verhindert werden soll.
Aus der GB-PS 20 94 540 ist ein magnetisches Aufzeichnungsmaterial
bekannt, bei dem
auf einer Metallschicht aus einem Metall wie
z. B. Cu oder Al eine sehr dünne magnetische Dünnschicht
gebildet ist. Die Schichtdicke, die für
die magnetische Dünnschicht zulässig ist, ist höchstens
etwa gleich der Eindringtiefe des Leselichts.
Bei diesem magnetooptischen Aufzeichnungsmaterial kann der
Kerr-Drehungswinkel unter Anwendung des Faraday-Effekts
durch Mehrfachreflexion innerhalb der magnetischen
Dünnschicht vergrößert werden.
Fig. 1 ist eine schematische Schnittansicht des Aufbaus
eines z. B. aus der JA-OS 1 56 943/1981 bekannten magnetooptischen Aufzeichnungsmaterials
mit einer dielektrischen Schicht.
Fig. 2 ist eine Ansicht, die die Veränderung des Polarisationszustands
des reflektierten Lichts durch
den magnetooptischen Kerr-Effekt erläutert.
Fig. 3 ist eine schematische Schnittansicht, die den
Aufbau eines z. B. aus der GB-PS 20 94 540 bekannten magnetooptischen
Aufzeichnungsmaterials mit einer auf dem Substrat gebildeten Metallschicht zeigt.
Das in Fig. 1 gezeigte bekannte magnetooptische Aufzeichnungsmaterial
besteht aus einem Substrat 1, einer
magnetischen Dünnschicht 2 und einer zum Einstellen des Reflexionsvermögens
der magnetischen Dünnschicht dienenden Einstellschicht 3. Die magnetische
Dünnschicht 2 wird unter Anwendung eines geeigneten
bekannten Verfahrens wie z. B. der Vakuumbedampfung
oder der Zerstäubung auf dem Substrat 1 gebildet. Die
oben auf der magnetischen Dünnschicht 2 befindliche
Einstellschicht 3 wird aus einer dielektrischen Substanz
gebildet. Das Auslesen der gespeicherten Information
für die Wiedergabe wird durchgeführt, indem ein Leselicht
bzw. Leselichtstrahl A von oben auf das Aufzeichnungsmaterial
projiziert und die Kerr-Drehung des von
dem Aufzeichnungsmaterial reflektierten Lichts ermittelt
wird. Fig. 2 erläutert den Polarisationszustand des
reflektierten Lichts. In Fig. 2 befindet sich die x-Achse
in der Polarisationsrichtung des einfallenden Lichts,
und die zu der x-Achse orthogonale y-Achse liegt
in der Kerr-Effekt-Polarisationsrichtung. Wie es in
Fig. 2 gezeigt wird, wird der Leselichtstrahl A unter
Bildung eines elliptischen polarisierten Lichts, das
eine Komponente in der Kerr-Effekt-Polarisationsrichtung
(y-Achse) aufweist, polarisiert. Die Hauptachse der
Ellipse und die x-Achse bilden einen Winkel R k , der
Kerr-Drehungswinkel genannt wird. Der Kerr-Drehungswinkel
R k ist gegeben durch:
worin
r z der Fresnelsche Reflexionsfaktor des reflektierten Lichts in der Polarisationsrichtung des einfallenden Lichts ist.
r y der Kerr-Reflexionsfaktor der durch den Kerr-Effekt erzeugten orthogonalen Komponente ist und
δ die Phasendifferenz zwischen r x und r y ist.
r z der Fresnelsche Reflexionsfaktor des reflektierten Lichts in der Polarisationsrichtung des einfallenden Lichts ist.
r y der Kerr-Reflexionsfaktor der durch den Kerr-Effekt erzeugten orthogonalen Komponente ist und
δ die Phasendifferenz zwischen r x und r y ist.
Zur Ermittlung des reflektierten Lichts kann ein Fotodetektor
mit einer Stromvervielfachungsfunktion wie
z. B. eine Lawinenfotodiode oder ein Fotodetektor ohne
Stromvervielfachungsfunktion wie z. B. eine PIN-Fotodiode
verwendet werden. In dem an erster Stelle genannten
Fall ist das Signal/Rausch-Verhältnis des wiedergebenden
Informationssignals proportional zu · R k ,
worin R der Leistungs-Reflexionsfaktor bzw. das Leistungs-Reflexionsvermögen
des Aufzeichnungsmaterials
ist. Infolgedessen ist das Signal/Rausch-Verhältnis
bei der Wiedergabe wegen der vorstehenden Gleichung
(1) und wegen der Gleichung = |r x | gegeben durch:
(S/N) ∼ |r y | · cos δ (2)
Da |r y | ∼ (1-R), versteht sich von selbst, daß das
Signal/Rausch-Verhältnis bei der Widergabe durch eine
Verminderung des Reflexionsvermögens des Aufzeichnungsmaterials
verbessert werden kann.
In dem an letzter Stelle genannten Fall, bei dem ein
Fotodetektor ohne Stromvervielfachungsfunktion wie
z. B. eine PIN-Fotodiode verwendet wird, ist die Beziehung
zwischen dem Reflexionsvermögen und dem Signal/Rausch-Verhältnis
nicht so einfach, wie es vorstehend
für den an erster Stelle erwähnten Fall beschrieben
wurde. In dem an letzter Stelle genannten Fall ist
es jedoch auch bekannt, daß das Signal/Rausch-Verhältnis
bei der Wiedergabe verbessert werden kann, indem
man das Reflexionsvermögen des Aufzeichnungsmaterials
vermindert und auf den optimalen Wert einstellt.
Bei dem in Fig. 1 gezeigten bekannten Beispiel wird
die Einstellschicht 3 auf der magnetischen Dünnschicht
2 durch Aufdampfen einer dielektrischen Substanz mit
einem hohen Brechungsindex wie z. B. ZnS oder TiO₂
im Vakuum gebildet, um das Reflexionsvermögen des Aufzeichnungsmaterials
zu vermindern und dadurch das Signal/Rausch-Verhältnis
bei der Wiedergabe der Information
zu verbessern. Ein zufriedenstellendes Signal/Rausch-Verhältnis
kann offensichtlich nur erhalten werden,
wenn das Reflexionsvermögen durch die Bildung der dielektrischen
Einstellschicht 3 in ausreichendem Maße
vermindert wird. Um dies zu erreichen, muß die aus
einer Substanz mit hohem Brechungsindex bestehende
Einstellschicht 3 als Schicht mit einer hohen Dichte
gebildet werden. Dies bedeutet, daß während der Bildung
der dielektrischen Einstellschicht 3 die magnetische
Dünnschicht 2 und das Substrat 1 insgesamt auf eine
hohe Temperatur erhitzt werden müssen. Es ist jedoch
bekannt, daß die magnetischen Eigenschaften der magnetischen
Dünnschicht 2 durch ein solches Erhitzen auf
hohe Temperatur im allgemeinen verschlechtert werden.
Die Anwendung einer solchen hohen Temperatur ist infolgedessen
unerwünscht. Besonders im Fall einer amorphen
Substanz wie z. B. GdTbFe führt ein solches Erhitzen
auf hohe Temperatur zur Kristallisation der amorphen
Substanz, wodurch die magnetischen Eigenschaften der
Substanz in hohem Maße in unerwünschter Weise verändert
werden. Aus diesem Grund war während der Bildung der
dielektrischen Einstellschicht ein ausreichendes Erhitzen
des Substrats nicht zulässig. Es war deshalb nicht
möglich, für die Einstellschicht 3 einen erwünschten,
hohen Brechungsindex zu erhalten. Infolgedessen führt
das bekannte magnetooptische Aufzeichnungsmaterial,
wie es in Fig. 1 gezeigt wird, nur zu einer begrenzten
Verbesserung des Signal/Rausch-Verhältnisses, obwohl
es mit einer zum Einstellen des Reflexionsvermögens dienenden
Einstellschicht versehen ist. Dies stellt einen bedeutenden
Nachteil der vorstehend erwähnten Lösung dar.
Das in Fig. 3 gezeigte magnetooptische Aufzeichnungsmaterial besteht
aus einem Substrat 11, einer auf dem Substrat 11 durch
Vakuumbedampfung oder ein anderes geeignetes bekanntes
Verfahren gebildeten Metallschicht 12 und einer auf
der Metallschicht 12 durch Vakuumbedampfung oder Zerstäubung
gebildeten magnetischen Dünnschicht 13. A bedeutet
wieder einen Leselichtstrahl, der von oben auf das
Aufzeichnungsmaterial projiziert wird. Zur Wiedergabe
der vorher in das Aufzeichnungsmaterial eingespeicherten
Information wird auf die gleiche Weise wie vorstehend
beschrieben die Kerr-Drehung des reflektierten Lichts
ermittelt. Bei diesem bekannten Aufzeichnungsmaterial
wird das Licht A, das durch die oben befindliche magnetische
Dünnschicht 13 durchgelassen wird, an der Grenzfläche
zwischen der magnetischen Dünnschicht 13 und
der Metallschicht 12 reflektiert. Ferner wird das reflektierte
Licht in der magnetischen Dünnschicht 13 mehrfach
reflektiert, so daß der Kerr-Drehungswinkel des reflektierten
Lichts durch den Faraday-Effekt vergrößert
und infolgedessen das Signal/Rausch-Verhältnis bei
der Wiedergabe dementsprechend verbessert werden kann.
Auch das in Fig. 3 gezeigte bekannte Aufzeichnungsmaterial
weist jedoch einige Nachteile auf.
Erstens ist das Reflexionsvermögen der Grenzfläche
zwischen der magnetischen Dünnschicht 13 und der Metallschicht
12 nicht ausreichend hoch, um die erwünschte
Wirkung einer genügenden Vergrößerung der Kerr-Drehung
hervorzurufen. Die dadurch erzielbare Verbesserung
des Signal/Rausch-Verhältnisses ist deshalb nicht sehr
groß.
Zweitens wirkt die Metallschicht 12 in unerwünschter
Weise als Wärmesenke. Dies vermindert die Aufzeichnungsempfindlichkeit
für das thermomagnetische Einschreiben
von Information in das Aufzeichnungsmaterial. Durch
die Metallschicht 12 werden insbesondere die Einschreibeigenschaften
des Aufzeichnungsmaterials für Hochfrequenzsignale
in hohem Maße verschlechtert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein magnetooptisches
Aufzeichnungsmaterial gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs
bereitzustellen, bei dessen Anwendung die Wirkung
des Mehrfachinterferenz des Laserlichtstrahls verstärkt und
infolgedessen der Kerr-Drehungswinkel weiter vergrößert wird,
so daß das Signal/Rausch-Verhältnis bei der Wiedergabe verbessert
wird, und zwar auch in dem Fall, daß der Brechungsindex
einer gegebenenfalls verwendeten, zum Einstellen des
Reflexionsvermögens der magnetischen Dünnschicht dienenden
dielektrischen Einstellschicht nicht ausreichend hoch ist.
Diese Aufgabe wird durch ein magnetooptisches Aufzeichnungsmaterial
mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs
angegebenen Merkmalen gelöst.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend
unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher
erläutert.
Fig. 4 ist eine schematische Schnittansicht, die den
Aufbau eines erfindungsgemäßen magnetooptischen
Aufzeichnungsmaterials zeigt.
Die Fig. 5A und 5B sind schematische Schnittansichten,
die eine erste und eine zweite Ausführungsform
der Erfindung zeigen.
Fig. 6 erläutert die Abhängigkeit des Kerr-Reflexionsfaktors
von der Dicke der
Einstellschicht dem vorstehend erwähnten bekannten
Aufzeichnungsmaterial und bei der ersten und
der zweiten Ausführungsform der Erfindung.
Die Fig. 7A und 7B zeigen eine dritte und eine vierte
Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 8 zeigt eine fünfte Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 9 erläutert die Abhängigkeit des Kerr-Drehungswinkels
und des Kerr-Reflexionsfaktors von der
Schichtdicke der magnetischen Dünnschicht bei
der fünften Ausführungsform der Erfindung und
bei den bekannten Ausführungsformen.
Fig. 10 ist eine schematische Ansicht, die eine sechste
Ausführungsform der Erfindung zeigt.
Fig. 11 zeigt eine siebente Ausführungsform der Erfindung.
Ein grundlegender Aufbau des erfindungsgemäßen magnetooptischen
Aufzeichnungsmaterials wird in Fig. 4 schematisch
gezeigt. Das Aufzeichnungsmaterial besteht aus
einem Substrat 21, einer auf dem Substrat 21 gebildeten
magnetischen Dünnschicht 22 sowie einer auf die magnetische Dünnschicht 22 aufgebrachten mehrschichtigen
dielektrischen Schicht (23, 24) aus einer
zum Einstellen des Reflexionsvermögens
der magnetischen Dünnschicht dienenden
dielektrischen Schicht 23
(nachstehend als Einstellschicht bezeichnet) und
wenigstens einem Satz von abwechselnden Schichten 24 mit
hohem bzw. niedrigen Brechungsindex,
die jeweils eine optische Schichtdicke von etwa λ/4 haben.
Der Aufbau des wenigstens einen Satzes von abwechselnden Schichten 24
kann in Abhängigkeit von
dem Brechungsindex der für die magnetische Dünnschicht
22 und der für die Einstellschicht 23
verwendeten Substanz variiert werden. Die Funktion des
wenigstens einen Satzes von abwechselnden Schichten 24
besteht darin, die Wirkung der Mehrfachinterferenz
des Leselichtstrahls A zu verstärken und dadurch
den Kerr-Drehungswinkel weiter zu vergrößern. Der Kerr-Drehungswinkel
kann infolgedessen durch den wenigstens
einen Satz von abwechselnden Schichten 24 selbst
dann in ausreichendem Maße vergrößert werden, wenn
der Brechungsindex der Einstellschicht 23 aus dem Grunde,
der vorstehend im Zusammenhang mit dem bekannten magnetooptischen
Aufzeichnungsmaterial beschrieben wurde,
nicht ausreichend hoch ist, und die Aufgabe der Verbesserung
des Signal/Rausch-Verhältnisses bei der Wiedergabe
kann dadurch gelöst werden.
Die Fig. 5A und 5B zeigen schematisch eine erste und
eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen
magnetooptischen Aufzeichnungsmaterials.
Bei der in Fig. 5A gezeigten ersten Ausführungsform
ist das Substrat 21 aus Glas oder Harz hergestellt,
und die auf dem Substrat befindliche magnetische Dünnschicht
22 ist aus amorphem GdTbFe gebildet. Die auf
der magnetische Dünnschicht 22 befindliche
Einstellschicht 23 besteht aus SiO.
Auf die Einstellschicht
23 ist ein Satz von
abwechselnden
Schichten 24
aufgebracht, der aus zwei Schichten, nämlich einer MgF₂-Schicht 24₁
und einer ZnS-Schicht 24₂, die jeweils eine optische
Schichtdicke von λ/4 haben (wobei λ die Wellenlänge
des Leselichtstrahls ist), besteht.
Bei der in Fig. 5B gezeigten zweiten Ausführungsform
sind auf die Einstellschicht 23 zwei Sätze von abwechselnden
Schichten 24 mit insgesamt vier Schichten, nämlich zwei MgF₂-Schichten
24₁ und zwei ZnS-Schichten 24₂, die abwechselnd
übereinandergeschichtet sind, aufgebracht. Die anderen Schichten
21, 22 und 23 der zweiten Ausführungsform entsprechen
den anderen Schichten der ersten Ausführungsform.
Der Wert |r y | des bei den vorstehend beschriebenen
Ausführungsformen erhältlichen Kerr-Reflexionsfaktors
hängt von der Schichtdicke d der Einstellschicht 23
ab. Fig. 6 zeigt diese Abhängigkeit des Kerr-Reflexionsfaktors
von der Schichtdicke. In Fig. 6 ist
n der Brechungsindex der Einstellschicht.
Zum Vergleich werden in Fig. 6 zusammen mit Beziehungskurven
a und b, die bei den erfindungsgemäßen Strukturen
erhalten wurden, auch Beziehungskurven c und d gezeigt,
die man bei den bekannten Strukturen, die mit einer
Einstellschicht aus SiO (n ≈ 2,0) oder
ZnS (n ≈ 2,35) ausgestattet waren, jedoch auf der
Einstellschicht keine dielektrische Schicht mit abwechselnden
Schichten aufwiesen, erhielt. Die magnetooptischen
Aufzeichnungsmaterialien, bei denen die Beziehungskurven
a, b, c bzw. d erhalten wurden, hatten jeweils die
folgenden Strukturen:
a:Luft/ZnS/MgF₂/SiO/GdTbFe (erste Ausführungsform)b:Luft/MgF₂/ZnS/MgF₂/ZnS/SiO/GdTbFe (zweite Ausführungsformc:Luft/ZnS/GdTbFed:Luft/SiO/GdTbFe.
Aus Fig. 6 geht deutlich hervor, daß der Kerr-Effekt
durch Aufbringen wenigstens eines Satzes von abwechselnden Schichten
24 auf eine zum Einstellen des Reflexionsvermögens
dienende dielektrische Einstellschicht
23 selbst dann verstärkt werden kann, wenn die Einstellschicht
aus der gleichen dielektrischen Substanz gebildet
wird, die bei den bekannten magnetooptischen Aufzeichnungsmaterialien
verwendet wird. Bei der bekannten
Struktur, die keine solche abwechselnde Schichten aufweisende
dielektrische Schicht enthält, muß die Einstellschicht
einen sehr hohen Brechungsindex haben, der
aus den vorstehend beschriebenen Gründen praktisch
nicht erzielbar ist. Im Rahmen der Erfindung kann die strenge
Anforderung an die Einstellschicht dadurch in einem
hohen Maße gemildert werden, daß der wenigstens eine Satz von abwechselnden Schichten
24 vorgesehen
wird. Das Problem, das bei dem vorstehend erwähnten
bekannten magnetooptischen Aufzeichnungsmaterial auftritt,
wird demnach durch die Erfindung gelöst.
Die optimale optische Schichtdicke der
Einstellschicht in dem erfindungsgemäßen Aufzeichnungsmaterial
ist entsprechend der Anordnung der Schicht
mit hohem Brechungsindex und der Schicht mit niedrigem
Brechungsindex in dem wenigstens einen Satz von abwechselnden Schichten, der
auf der Einstellschicht
vorgesehen ist, variabel.
Fig. 6 zeigt, daß λ/4 (2m-1) oder λ/2 (2m-1), worin
m = 1, 2, 3, . . ., als optimale Schichtdicke gewählt
werden kann. Die Größe der Abweichung der Schichtdicke
von dem optimalen Wert infolge von Herstellungsfehlern
hängt jedoch nicht von dem relativen Wert der Änderung
der Schichtdicke, sondern von dem absoluten Wert der
Änderung ab. Unter Berücksichtigung dieser Tatsache
ist die Einstellschicht geeigneterweise möglichst dünn.
Die bevorzugte Schichtdicke der Einstellschicht
beträgt infolgedessen etwa λ/4 oder g/2.
Im Einzelfall kann als optimale Schichtdicke der
Einstellschicht im Fall der Verwendung eines Halbleiterlasers,
dessen Wellenlänge λ ≈ 820 nm beträgt, oder
eines He-Ne-Lasers oder Ar⁺-Lasers, der eine kürzere
Wellenlänge als ein solcher Halbleiterlaser hat, als
Lichtquelle des Leselichtstrahls ein Wert von weniger
als 0,2 µm, der bei der Herstellung der Einstellschicht
leicht erzielt werden kann, gewählt werden.
Der im Rahmen der Erfindung auf eine dünne
Einstellschicht aufgebrachte wenigstens eine Satz von abwechselnden Schichten
dient auch als Schutzschicht
für die darunterliegende magnetische Dünnschicht
und schützt die magnetische Dünnschicht vor einem Abrieb
und einer anderen mechanischen Schädigung.
Vom praktischen Gesichtspunkt aus wird die magnetische
Dünnschicht geeigneterweise durch eine besondere Schutzschicht
geschützt, wodurch ein sicherer Schutz gewährleistet
ist. Eine Ausführungsform, die mit einer solchen
besonderen Schutzschicht ausgestattet ist, wird in
Fig. 7A als dritte Ausführungsform der Erfindung gezeigt.
Bei der in Fig. 7A gezeigten Ausführungsform ist auf
wenigstens einem Satz von abwechselnden Schichten
34 zusätzlich eine lichtdurchlässige Schutzschicht
35 vorgesehen, die beispielsweise aus Glas
oder Harz gebildet ist. Andere Teile der Struktur der
dritten Ausführungsform entsprechen den anderen Teilen
der in Fig. 4 gezeigten Struktur. A bedeutet wieder
einen Leselichtstrahl. Die dritte Ausführungsform weist
ein Substrat 31, eine magnetische Dünnschicht 32 und
eine dünne Einstellschicht 33 auf. Bei
der Herstellung der dritten Ausführungsform kann die
lichtdurchlässige Schutzschicht 35 durch einen Klebstoff
oder ein anderes geeignetes Mittel mit dem wenigstens einen Satz von abwechselnden
Schichten 34 verbunden werden, nachdem die Hauptstruktur einschließlich
des Substrats 31 und der Schichten 32,
33 und 34 vollständig gebildet worden ist, wie es in
Fig. 4 gezeigt wird. In diesem Fall muß der wenigstens eine Satz von abwechselnden
Schichten 34 jedoch
unter Berücksichtigung des Vorhandenseins der lichtdurchlässigen
Schutzschicht 35 derart ausgebildet werden,
daß das Reflexionsvermögen der magnetischen Dünnschicht
im Vergleich mit den Ausführungen, die keine besondere
Schutzschicht 35 aufweisen, vermindert werden kann.
Fig. 7B zeigt eine vierte Ausführungsform der Erfindung,
bei der es sich um eine Abwandlung der Ausführungsform
von Fig. 7A handelt.
Bei dieser vierten Ausführungsform wird ein lichtdurchlässiges
Substrat 41 verwendet, auf dem wenigstens ein Satz von abwechselnden
Schichten 44, eine
Einstellschicht 43 und eine magnetische
Dünnschicht 42 aufeinanderfolgend in der erwähnten
Schichtenfolge durch Vakuumbedampfung oder Zerstäubung
gebildet werden. Danach wird eine Schutzschicht 45
durch einen geeigneten Klebstoff bzw. ein geeignetes
Bindemittel mit der magnetischen Dünnschicht 42 verbunden.
Wenn diese Ausführungsform angewandt wird, muß
der Leselichtstrahl A von der Seite des lichtdurchlässigen
Substrats 41 her auf das Aufzeichnungsmaterial
projiziert werden, und die Zusammensetzung des wenigstens eines Satzes von abwechselnden
Schichten
muß unter Berücksichtigung des lichtdurchlässigen Substrats
derart festgelegt werden, daß er
das niedrigste Reflexionsvermögen hat.
Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen
ist als Substanz für die magnetische Dünnschicht amorphes
GdTbFe eingesetzt worden. Es versteht sich jedoch von
selbst, daß die magnetische Dünnschicht unter Verwendung
von anderen amorphen oder kristallinen Substanzen
gebildet werden kann. Die magnetische Dünnschicht kann
beispielsweise eine aus TbFe, GdDyFe, TbDyFe, GdTbFeCo
oder TbFeCo gebildete, amorphe magnetische Dünnschicht
oder eine aus MnBi, MnBiCu oder CoCr gebildete, kristalline
magnetische Dünnschicht sein. Ähnlich ist die für
die Bildung der Einstellschicht und des wenigstens eines Satzes von der abwechselnden
Schichten geeignete
dielektrische Substanz nicht auf die Substanzen eingeschränkt,
die vorstehend besonders erwähnt wurden.
TiO₂, ZrO₂, CeO₂, Sb₂O₃, ThO₂ und SiO₂ sind beispielsweise
auch geeignet, und die gleichen guten Ergebnisse
wie bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen
können erhalten werden.
Fig. 8 zeigt eine fünfte Ausführungsform der Erfindung.
Bei dieser Ausführungsform wird auf der rückseitigen
Oberfläche einer magnetischen Dünnschicht 53 (in der
Richtung des Leselichtstrahls A gesehen) eine mehrschichtige
dielektrische Schicht 52 gebildet. Diese Anordnung
hat die Wirkung, daß das Reflexionsvermögen der rückseitigen
Oberfläche der magnetischen Dünnschicht bezüglich
des Leselichtstrahls erhöht und dadurch der Kerr-Drehungswinkel
unter Anwendung des Faraday-Effekts,
der durch die Mehrfachreflexion des Lichts innerhalb
der magnetischen Dünnschicht hervorgerufen wird, wie
es vorstehend bei der Beschreibung des Standes der
Technik erwähnt wurde, vergrößert wird.
Bei der Herstellung des in Fig. 8 gezeigten Aufzeichnungsmaterials
werden zuerst auf einem Substrat 51,
das beispielsweise aus Glas oder Harz bestehen kann,
aufeinanderfolgend eine festgelegte Anzahl von dielektrischen
Dünnschichten, die jeweils eine optische Schichtdicke
von λ/4 haben (worin g die Wellenlänge des Leselichtstrahles
A ist) gebildet. Diese Dünnschichten bilden
zusammen die mehrschichtige dielektrische Schicht 52.
Dann wird auf der dielektrischen Schicht 52 die magnetische
Dünnschicht 53 gebildet, indem eine kristalline
Substanz wie z. B. MnBi oder MnCuBi oder eine amorphe
Substanz wie z. B. GdTbFe, GdTbFeCo oder TbFeCo im
Vakuum aufgedampft oder zerstäubt wird. Falls die mehrschichtige
dielektrische Schicht 52 aus einer bestimmten
Anzahl l von einzelnen dielektrischen Dünnschichten
besteht und falls die erste Dünnschicht, die zweite
Dünnschicht . . . und die l-te Dünnschicht, von der
Seite des Substrats aus gezählt, den Brechungsindex
n₁, n₂ . . . bzw. n l haben und der Leselichtstrahl A
ein normal einfallendes Licht ist, kann das Reflexionsvermögen
Ro an der Grenzfläche zwischen der magnetischen
Dünnschicht 53 und der mehrschichtigen dielektrischen
Schicht 52 ausgedrückt werden durch:
worin,
worin n s der Brechungsindex des Substrats 51 und n m
der Brechungsindex der magnetischen Dünnschicht 53
ist.
Unter Anwendung der vorstehenden Gleichung (3) wurde
das Reflexionsvermögen Ro an der Substratseite einiger
Ausführungsformen der Erfindung berechnet. Bei den
Ausführungsformen war das Substrat 51 aus Glas hergestellt,
und die magnetische Dünnschicht 53 war aus
GdTbFe gebildet. Die mehrschichtige dielektrischen Schicht
52 bestand aus N Sätzen von abwechselnden Schichten
aus ZnS (n₁ = 2,35) bzw. aus MgF₂ (n₂ = 1,38), die
jeweils eine Schichtdicke von λ/4 hatten. Das Ergebnis
der Berechnung ist in Tabelle 1 angegeben.
Anzahl der Sätze von abwechselnden Schichten (N)Reflexionsvermögen an der Substratseite (Ro) 10,734 20,899 30,964 40,988 50,996
Anzahl der Sätze von abwechselnden Schichten (N)Reflexionsvermögen an der Substratseite (Ro) 10,734 20,899 30,964 40,988 50,996
Aus dem vorstehenden Ergebnis geht hervor, daß im Rahmen
der Erfindung an der Substratseite ein mehr als 95%
betragendes Reflexionsvermögen erhalten werden kann,
wenn N ≧ 3.
Im Gegensatz dazu betrug das Reflexionsvermögen an
der Substratseite, das bei der in Fig. 3 gezeigten
bekannten Struktur erhalten wurde, nur 5,2%, wenn
die Metallschicht 12 aus Cu gebildet wurde, und 6,2%,
wenn sie aus Al gebildet wurde. ( λ = 632,8 nm in beiden
Fällen). Dies bedeutet, daß das Ausmaß der Ausnutzung
des Faraday-Effekts innerhalb einer magnetischen Dünnschicht
bei dem magnetooptischen Aufzeichnungsmaterial
gemäß der Ausführungsform der Erfindung höher wird
als bei den bekannten magnetooptischen Aufzeichnungsmaterialien.
Unter Anwendung einer der vorstehend beschriebenen
Ausführungsformen, bei der die mehrschichtige dielektrische
Schicht 52 aus vier Sätzen von abwechselnden
Schichten aus MgF₂ bzw. ZnS bestand, wurden auch die
Beziehung zwischen der Dicke d der magnetische Dünnschicht
und dem Kerr-Drehungswinkel R k und die Beziehung
zwischen der Dicke d und dem Kerr-Reflexionsfaktor
K untersucht. Der Begriff "Kerr-Reflexionsfaktor" bedeutet
den Reflexionsfaktor der Komponente des Leselichtstrahls
A, die zu der Richtung der durch den Kerr-Effekt
hervorgerufenen Polarisation orthogonal ist. Fig. 9
zeigt die Beziehung.
In Fig. 9 zeigt Kurve D₁ die Abhängigkeit des Kerr-Drehungswinkels
R k von der Dicke d der magnetischen Dünnschicht
53 dieser Ausführungsform. Kurve D₂ zeigt die
Abhängigkeit des Kerr-Reflexionsfaktors K von der
Schichtdicke d. Zum Vergleich werden in Fig. 9 auch
Beziehungskurven M₁ und M₂, die bei dem in Fig. 3 gezeigten
bekannten magnetooptischen Aufzeichnungsmaterial
erhalten wurden, gezeigt. Die Metallschicht 12 des
bekannten Aufzeichnungsmaterials war aus Al und die
magnetische Dünnschicht 13 war aus GdTbFe gebildet.
Die Kurve M₁ zeigt die Abhängigkeit des Kerr-Drehungswinkels
R k von der Dicke d der magnetischen Dünnschicht
13. Die Kurve M₂ zeigt die Abhängigkeit des Kerr-Reflexionsfaktors
K von der Schichtdicke d. Bei allen Fällen,
die in Fig. 9 gezeigt werden, betrug die Wellenlänge
λ des Leselichtstrahls A 632,8 nm.
Aus Fig. 9 geht hervor, daß die bei der erfindungsgemäßen
Struktur erhaltene Wirkung der Vergrößerung des Kerr-Drehungswinkels
R k und des Kerr-Reflexionsfaktors K
viel höher ist als die Wirkung, die bei der bekannten
Struktur mit einer auf einer Metallschicht gebildeten
magnetischen Dünnschicht erhalten wird. Beispielsweise
sind im Vergleich mit dem Fall, bei dem die Dicke d
der magnetischen Dünnschicht mehr als 100 nm beträgt,
was für eine Ausnutzung des Faraday-Effekts zu dick
ist, durch die Struktur der vorstehend erwähnten Ausführungsform
der Erfindung bei der optimalen Schichtdicke
ein 13mal größerer R k -Wert und ein 7mal größerer
K-Wert erzielbar. Im Gegensatz dazu kann die bekannte
Struktur mit einer reflektierenden Al-Schicht im Vergleich
mit demselben Fall nur einen 1,2mal größeren
R k -Wert und einen 1,3mal größeren K-Wert liefern. Die
Wirkung der Vergrößerung von R k und K, die durch die
erfindungsgemäße Struktur erzielbar ist, ist auffallend
größer als die Wirkung, die durch die bekannte Struktur
erzielt werden kann.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Struktur gegenüber
der bekannten Struktur wird deutlicher erkennbar, wenn
die erzielte Wirkung der Vergrößerung von R k und K
in das Signal/Rausch-Verhältnis bei dem wiedergegebenen
Signal umgerechnet wird. Es ist bekannt, daß die Beziehung
(S/N) ∼ R R k ² ≈ K gilt, wenn sich das Rauschen
bei einem wiedergegebenen Signal an der Grenze zum
Schrotrauschen befindet. Das Ergebnis der Untersuchung
unter Anwendung der erzielten Wirkung zeigt, daß die
durch die bekannte Struktur erzielte Vergrößerung von
R k und K einer Verbesserung des Signal/Rausch-Verhältnisses
der Signalwiedergabe von etwa 1 dB entspricht,
während die durch die erfindungsgemäße Ausführungsform
erzielte Vergrößerung von R k und K einer Verbesserung
des Signal/Rausch-Verhältnisses von etwa 7 dB entspricht.
Aus Fig. 9 ist auch ersichtlich, daß die optimale Dicke
der magnetischen Dünnschicht, bei der die erfindungsgemäße
Ausführungsform die maximale Wirkung der Vergrößerung
des Kerr-Effekts liefern kann, in dem Bereich
von d ≈ 10 nm liegt. Die optimale Schichtdicke ist natürlich
in Abhängigkeit von der Wellenlänge des dann verwendete
Leselichtstrahls variabel und hängt in dem Fall,
daß auf der magnetischen Dünnschicht irgendeine weitere
Substanz gebildet wird, auch von dem Brechungsindex der
Substanz oder von anderen Faktoren ab. Der optimale
Wert der Schichtdicke d liegt jedoch im allgemeinen
in dem Bereich unter 50 nm.
Das magnetooptische Aufzeichnungsmaterial gemäß der
vorstehend beschriebenen Ausführungsform der Erfindung
weist den weiteren Vorteil auf, daß die normalschichtige dielektrische
Schicht auch als Wärmeisolierschicht für die Verhinderung
einer Diffusion von Wärme aus der magnetischen Dünnschicht
in das Substrat während des Einschreibens von
Information dient. Infolgedessen kann dadurch auch
die Empfindlichkeit des magnetooptischen Aufzeichnungsmaterials
verbessert werden.
Wie vorstehend angemerkt wurde, ist die magnetische
Dünnschicht bei der vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen
Struktur sehr dünn und wird infolgedessen leicht
durch Oxidation oder mechanische Schädigung usw. beeinträchtigt.
Um dies zu verhindern, kann auf der magnetischen
Dünnschicht zusätzlich eine lichtdurchlässige
Schutzschicht vorgesehen werden. Eine Ausführungsform
mit einer solchen Schutzschicht wird in Fig. 10 als
sechste Ausführungsform der Erfindung gezeigt.
Die in Fig. 10 gezeigte sechste Ausführungsform besteht
aus einem Substrat 61, einer mehrschichtigen dielektrischen
Schicht 62, einer magnetischen Dünnschicht 63
und einer zusätzlichen auf der magnetischen Dünnschicht
63 gebildeten lichtdurchlässigen Schutzschicht 64.
Die lichtdurchlässige Schutzschicht 64 wird vorzugsweise
so gebildet, daß das Reflexionsvermögen der darunter
liegenden magnetischen Dünnschicht 63 vermindert wird.
Dadurch kann der Kerr-Drehungswinkel vergrößert werden,
wodurch das Signal/Rausch-Verhältnis bei der Wiedergabe
weiter verbessert wird, wie es vorstehend beschrieben
wurde. Zu diesem Zweck wird die lichtdurchlässige Schutzschicht
64 vorzugsweise als mehrschichtige dielektrische
Schicht, die das Reflexionsvermögen der magnetischen
Dünnschicht 63 an der Leseseite wie in den vorstehend
gezeigten Fällen der ersten bis dritten Ausführungsform
vermindert, ausgebildet.
Fig. 11 zeigt eine siebente Ausführungsform der Erfindung.
Diese Ausführungsform eines magnetooptischen
Aufzeichnungsmaterials besteht aus einem Substrat 75,
das beispielsweise aus Glas oder Harz hergestellt ist,
einer auf dem Substrat durch Vakuumbedampfung oder
Zerstäubung gebildeten magnetischen Dünnschicht 73
und einer mehrschichtigen dielektrischen Schicht 72,
die durch eine Klebestoffschicht 76 mit einem Trägerteil
71 verbunden ist. Der Leselichtstrahl A wird von
der Seite des Substrats 75 her auf das Aufzeichnungsmaterial
projiziert.
Bei der fünften bis siebenten Ausführungsform der Erfindung,
wie sie vorstehend gezeigt wurden, ist die mehrschichtige
dielektrische Schicht
nicht auf die Struktur aus abwechselnden MgF₂- und
ZnS-Schichten eingeschränkt, sondern es können auch
andere Materialien wie z. B. TiO, ZrO₂, CeO₂, Sb₂O₃,
ThO₂, SiO oder SiO₂ verwendet werden.
Das erfindungsgemäße magnetooptische Aufzeichnungsmaterial
kann beispielsweise eine oder mehr als eine zusätzliche
Schicht wie z. B. eine Wärmeisolierschicht oder
eine lichtabsorbierende Schicht, die in den vorstehend
beschriebenen Ausführungsformen nicht gezeigt wurden,
enthalten, falls dies notwendig ist.
Claims (1)
- Magnetooptisches Aufzeichnungsmaterial mit einem Substrat (21; 31; 41; 51; 61; 75) einer magnetischen Dünnschicht (22; 32; 42; 53; 63; 73) und einer zum Einstellen des Reflexionsvermögens der magnetischen Dünnschicht dienenden mehrschichtigen dielektrischen Schicht (23, 24; 33, 34; 43, 44; 52; 62; 72), dadurch gekennzeichnet, daß die mehrschichtige dielektrische Schicht wenigstens einen Satz von abwechselnden Schichten (24; 34; 44; 52; 62; 72) mit hohem bzw. niedrigem Brechungsindex aufweist, die jeweils eine optische Schichtdicke von etwa λ/4 haben, wobei g die Wellenlänge des zum Auslesen der Information verwendeten Lichtstrahls ist.
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