JPH0449089A

JPH0449089A - 情報記録媒体

Info

Publication number: JPH0449089A
Application number: JP2157655A
Authority: JP
Inventors: Kaoru Tada; 薫多田; Tetsuo Fujiwara; 藤原　鉄雄; Shinji Arai; 荒井　真次
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-06-18
Filing date: 1990-06-18
Publication date: 1992-02-18

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）この発明は、光又は熱エネルギにより材料に相変化を生
起させて情報を記録、再生及び消去する情報記録媒体に
関する。

（従来の技術）従来、書き換え可能な情報記録媒体として、光磁気記録
媒体、非晶質・結晶質転移を利用した媒体、半導体・金
属相転移を利用した媒体などが提案されている。

しかしながら、光磁気記録媒体においては、■再生原理
が、直線偏光の偏光面の高々数度の回転を検出する゛と
いうものであり、再生の際の光学系が偏光子、検光子等
を含んだ複雑なものとなり、かつＳ／Ｎが低い、■記録
層として希土類−遷移金属からなる非晶質合金薄膜が用
いられるが、これらは大気中で容易に酸化されて情報が
失われてしまい、寿命が短い、■希土類元素を用いるた
めに原料コストが高い、■磁化反転させて情報を記録す
るために外部から磁場を印加する手段が必要であるとい
った問題点を有している。

非晶質・結晶質転移を利用した媒体においては、■情報
の記録・消去の際の熱的繰り返しに対して徐々に可逆性
が失われる、■本質的に相変化速度が遅く、記録・消去
の速度が低いといった問題点を有している。

金属−半導体相転位を利用した記録においては、相転移
に伴う体積変化が大きいことから薄膜状の記録媒体が基
板より剥離するという問題点、及び情報を貯蔵するトラ
ックとは別に消去トラックと分離領域とを設ける必要が
あり、記録密度が低いという問題点を有している。

一方、このような媒体の他に、基板上に設けられた第１
の相と、室温でマルテンサイト相にある！！２の相とを
有し、形状記憶効果により記録された情報が消去可能な
媒体が提案されている。

しかしながら、このような媒体は、■基板上の層が基板
より浮いた状態を記録状態とするため、基板との間の密
着性が悪い膜を使用する必要があり、剥離しやすい、■
基板上に少なくとも２つの別個な層を形成する必要があ
るため製造プロセスが複雑になるといった問題点がある
。

（発明が解決しようとする課題）この発明は、このような点を考慮してなされたものであ
って、再生のＳ／Ｎ比が大きく、記録・消去を高速で実
施することができ、高密度の情報記録が可能であり、寿
命が長く、しかも原料が安価で、かつ単純な製造プロセ
スで製造することができる情報記録媒体を提供すること
を目的とする。

［発明の構成］（課題を解決するための手段及び作用）このような目的
を達成するために、この発明においては、α相とα相と
の間で相変化する結晶質合金で形成された記録層を有す
ることを特徴とする情報記録媒体を提供する。

この発明に係る情報記録媒体においては、状態図上、α
相を含む高温相及びα相を含む低温相を有する合金を記
録層として用い、適宜の加熱手段によりα相とび相との
間で相変化を生じさせて、情報を記録・消去し、これら
相状態を検出することにより情報を再生する。

この発明の特徴は固体状態でのα相とび相との間の相変
化を利用することにより情報を記録・消去することにあ
る。このような相変化は高速であるので、記録・消去を
高速で行うことができる。

また、このような相変化を利用する場合には、再生のＳ
／Ｎ比を大きくすることが可能である。さらに、原理的
に記録層が単層でよく、単純な製造プロセスで製造する
ことが可能であり、しがち寿命が長い。

このような相変化が生じ得る合金としては、Ｃｒ、Ｍｎ
、Ｖ、Ｎｉ、Ｓｉ、及びＣｕのうち少なくとも１種を含
み、残部が実質的にＦｅからなる結晶質合金がある。こ
のような合金は安価あり、この合金を記録層として使用
することにより、安価な情報記録媒体を得ることができ
る。

上述の合金の中で、組成を限定したＦｅ−Ｃｒ−Ｍ　ｎ
系合金（詳細は後述する）においては、加工が困難なα
相を熱処理によって形成することができるという利点が
ある。

以下、この発明に係る情報記録媒体について詳細に説明
する。

第１図はこの発明の一実施例に係る情報記録媒体を示す
断面図である。この媒体は、基板１と、その上に設けら
れた記録層２とを具備している。

基板１は例えばガラス、有機樹脂等で構成されている。

記録層２は、上述したように、α相とα相との間で相変
化する材料で構成されている。この記録層２はバルクか
ら切り出した板状のものであってもよいが、基板１上に
真空蒸着やスパッタリング法で堆積した薄膜であっても
よい。さらに、粉末を基板１上に膜状に形成したものを
記録層としてもよい。

なお、後述するように、熱処理により上述した相変化が
生じる材料がその表面に形成される部材を準備し、この
部材の表面を熱処理して記録層２を形成し、第１図に示
すような構成を有する情報記録媒体を作成することもで
きる。この場合には、第２図に示すように、両面に記録
層２を形成することが可能である。これにより、記録密
度を高めることができる。

次に、このような情報記録媒体における情報の記録・消
去及び再生について説明する。先ず、記録層２の初期状
態を例えばα相とする。このような記録層２に対物レン
ズにより絞り込んだレーザビームパルス、あるいは電子
ビームを、記録層２の面内の熱拡散が問題にならない程
度のパルス幅で照射して加熱し、照射部分に高温で安定
なα相を生じさせる。そして、ビーム照射後二の照射部
は急冷され、α相が常温までもちきたされて記録部３が
形成される。それ以外の部分は、情報が記録されていな
い非記録部（又は消去部）４として存在する。

情報の消去は、例えば情報を記録した後の記録媒体を電
気炉で相変化温度以下まで加熱し、記録層２を低温で安
定なα相に変化することによって実現される。また、さ
らに実用的には、レーザビームを記録層２の相変化温度
以下になるようなエネルギにして、消去したい部分のみ
に照射することにより実現される。ただし、消去時に不
必要な熱応力の集中を避けるために、記録時よりも長い
パルス幅、又は記録時より大きいビーム径、又はその双
方を併用したビームを照射することが望ましい。

再生は、記録部３と非記録部４との間の光の反射率の差
を検出することによって実現される。あるいは、α相が
常磁性でα相が強磁性であることから、磁気的特性の差
異を検出する手段、例えば磁気ヘッドや光磁気効果を利
用した方法によっても再生が可能である。

なお、上述した場合とは逆に、記録部３がα相で非記録
部４がα相であってもよい。また、記録部分及び非記録
部分は、必ずしも１００％のα相あるいは１００％のα
相である必要はなく、再生信号が充分に得られる限り、
一方の相に他方の相が混入していてもよく、全く別の相
が若干混入していても本発明の効果を何ら損なうもので
はない。

さらに、上述の相変化が生じる記録層に、記録及び消去
時の光反射率の変化を増大させる透明誘電体膜を積層さ
せることもできる。

次に、本発明における記録層に適した結晶質合金の材料
組成について説明する。

Ｆｅを主成分とし、重量比でＣｒを２０〜４０％、Ｍｎ
を１０〜２０％含む合金は、室温においてα相の単相で
あり、かつα相と高温で安定なα相との間の相変化温度
が１０００℃以下と低いので、記録原理の観点からは記
録層として適している。

本発明において製造上の観点をも加味すると、重量比で
Ｃ：２％以下、Ｍｎ：５〜２５％、Ｃｒ：１８〜２８％
、残部が実質的にＦｅからなる合金を記録層として用い
ることが好ましい。このような合金は、加工が比較的容
易で鍛造可能なＣ：２％以下、Ｍｎ：１５〜３０％、Ｃ
ｒ：１５〜２５％、残部が実質的にＦｅからなる合金を
熱処理することにより製造することが可能である。すな
わち、Ｃ：２％以下、Ｍｎ：５〜２５％、Ｃｒ：１８〜
２８％、残部が実質的にＦｅからなる上記合金は、室温
でα相を主体としているため加工が困難であるが、Ｃ：
２％以下、Ｍｎ：１５〜３０％、Ｃｒ　：１５〜２５％
、残部が実質的にＦｅからなる合金を鍛造した後、熱処
理を施してその表面部分のＭｎを蒸発させることにより
、比較的容易に製造することが可能である。このように
して製造する場合には、表面部分が記録層として機能し
、その他の部分が基板として機能することになる。

熱処理前の合金組成の限定理由について説明する。

Ｃは、オーステナイトを安定化し、強度を向上させる元
素であるが、この量が２重量％を超えると加工性が著し
く低下する。好ましい量は１重量％以下である。

Ｍｎは、オーステナイトを安定化させ、強度、硬度を向
上させる元素である。この量が１０重量％未満であると
強度、硬度が低下し、逆に３０％重量％を超えると加工
性が阻害される恐れがある。

好ましい範囲は１５〜３０重量％である。

Ｃｒは、Ｍｎと同様に強度、硬度を向上させるために必
要な元素である。この量が１０重量％未満であると強度
、硬度が低下し、逆に３０重量％を超えると靭性が劣化
する恐れがある。好ましい範囲は１５〜２５重量％であ
る。

このような組成の合金に、さらに１０重量％以下のＮ　
ｉ　％−５重量％以下のＶ、５重量％以下のＣｕを含有
させてもよい。これらの組成限定理由について説明する
。

Ｎｉは、オーステナイトを安定化させ、靭性を向上させ
る元素である。この量が１０重量％を超えると、その効
果が飽和する。

■は、強度、硬度を向上させる元素である。この量が５
重量％を超えると加工性を阻害する恐れがある。

Ｃｕは、オーステナイトを安定化させ、靭性を向上させ
る元素である。この量が５重量％を超えるとその効果が
飽和する。

これら元素が含まれた合金を加熱処理することにより、
重量比でＣ：２％以下、Ｍｎ：５〜２５％、Ｃｒ：１８
〜２８％、Ｎｉ　：　１０％以下、■＝５％以下、Ｃｕ
：５％以下、残部実質的にＦｅからなる結晶質合金を得
ることができ、この合金をα相とα相との間で相変化す
る記録層として適用することができる。なお、さらにＳ
ｉが１％以下含まれた合金であっても適用可能である。

上記加熱処理は、１０００〜１３００℃の温度範囲で行
うことが好ましい。これは、１０００℃未満では記録層
として望ましい組成の表面を形成することが困難となり
、１３００℃を超えると合金自体に熱的な悪影響を及ぼ
し、かつ記録層として望ましい組成の表面層を形成する
ことが困難となる恐れがあるからである。この加熱処理
は、真空又は不活性ガス雰囲気で行うことが望ましい。

［実施例］以下、この発明の実施例について説明する。

実施例１１２％Ｍ　ｎ　−２８％Ｃｒ−残部Ｆｅ組成の薄膜をス
パッタリング法により作製した。スパッタリングはＤＣ
−マグネトロン式スパッタリング装置を用いて行い、厚
さ０．５１の石英基板上に約３００　ｎｓの厚みの薄膜
を作製した。作製した薄膜を基板と共に１０００℃に加
熱後急冷したもの、及び７００℃に加熱後徐冷したもの
の結晶構造をＸ線回折法により調べた。また、これらの
急冷・徐冷を連続して１０回繰り返した後の薄膜につい
ても同様にして結晶構造を調べた。さらに、各熱処理後
の薄膜の磁性を調べた。

この結果、加熱後急冷した薄膜は、いずれも強磁性のα
相であるが、加熱徐冷処理した薄膜は非磁性のα相であ
ることが確認された。また、これらのα相とα相との間
の相変化が可逆的に起ることが確認された。

実施例２実施例１と同様な方法で、石英基板上に１２％Ｍ　ｎ　
−２８％Ｃｒ−残部Ｆｅ組成の薄膜を作製し、７００℃
に加熱後徐冷した。次に、作製した薄膜を用いてレーザ
光照射試験を行った。レーザとして、パルス照射が可能
なＹＡＧレーザを用い、焦点距離２０ｍｍの対物レンズ
を用いてレーザビームを試料表面上で６０μｍのビーム
径に絞った。また、レーザ光照射試験した薄膜の磁性を
調べた。

その結果、７００℃に加熱後徐冷した薄膜は非磁性のα
相となっていたが、レーザ光照射により、局部的に強磁
性のα相が形成されていることが確認された。

さらに、レーザ光照射により、局部的にα相が形成され
た試料を７００℃に加熱後徐冷したところ、均一にα相
に戻ることが確認された。

実施例３高周波誘導溶解炉を用いて０．７％Ｃ−２１，８％Ｍｎ
−２２，９％Ｃｒ−１，８％Ｖ−４，３％Ｎｉ−残部Ｆ
ｅ組成のＦｅ基合金を溶解してインゴットとした後、熱
間鍛造を行い、厚さ１１１の試験片を切り出した。次い
で、１１５０℃で２時間、真空中で加熱後急冷した試験
片の表面層の結晶構造をＸ線回折法で調べると共に、Ｅ
ＤＸ分析した。また、急冷後、７００℃に加熱後徐冷し
た試験片、及びこれを再び１０００℃に加熱後急冷した
試験片についても同様の評価を行った。さらに、各試験
片の磁性についても調べた。

ＥＤＸ分析の結果、試験片に、０．６％Ｃ−１４，５％
Ｍｎ−２４，９％Ｃｒ−１，９％■−４，３％Ｎｆ−残
部Ｆｅの組成の表面層が形成されていることが確認され
た。この表面層は、加熱後急冷条件ではいずれも強磁性
のα相であるが、７００℃に加熱後徐冷した条件では非
磁性のび相であることが確認された。また、これらのα
相とα相との間の相変化が可逆的に起こることが確認さ
れた。

実施例４実施例３と同じ合金を用い、同じ方法で作製した厚さ１
■の試験片を１１５０℃で２時間、真空中で加熱後急冷
し、その後さらに７００℃に加熱後徐冷した。熱処理後
、実施例２と同じ照射条件でレーザ光照射試験を行った
。

その結果、７００℃に加熱後徐冷した条件では、表面層
はα相であるが、レーザ光照射により局部的にα相が形
成されていることが確認された。

実施例５実施例３と同じ合金を用い、同一の方法で作製した厚さ
１厘−の試験片を、１１５０’Ｃで２時間、真空中で加
熱後急冷し、その後７００’Ｃに加熱後徐冷した。熱処
理後、実施例２と同じ照射条件でレーザ光照射試験を試
験片の片面に対して行った後、その裏面に対しても、レ
ーザ光照射試験を行った。

その結果、７００℃に加熱後徐冷した条件では、表面層
は両面ともα相であるが、レーザ光照射により、局部的
にα相が形成されていることが確認された。

さらに、レーザ光照射により、局部的にα相が形成され
た試料を７００”Ｃに加熱後徐冷したところ、両面とも
均一にα相に戻ることが確認された。

［発明の効果］この発明によれば、以下のような種々の利点を有する情
報記録媒体を得ることができる。

（１）高速かつ可逆的なα相−α相間の相変化を利用し
て情報を記録・消去するため、可逆的な記録・消去を高
速で行うことができる。

（２）記録層にＦｅ、Ｍｎ等の元素を使用することがで
きるので、原料が安価であり、希土類元素を使用する場
合に比較して耐候性に富んでいる。

（３）鍛造材料から製造することが可能であり、製造プ
ロセスを単純化することができる。

（４）両面記録が可能となり、記録密度を高くすること
ができる。

（５）情報の記録・消去の際に、光ビーム以外の加熱・
冷却手段や磁場印加手段が不要であり、記録装置の構成
を単純にすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はこの発明に係る情報記録媒体を示す
断面図である。１；基板、２；記録層、３：記録部分、４；非記録部分
（消去部分）１１１図１１２ｇ出願人代理人　弁理士　鈴江武彦

Claims

【特許請求の範囲】

（１）α相とσ相との間で相変化する結晶質合金で形成
された記録層を有することを特徴とする情報記録媒体。
（２）前記合金は、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｖ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｃｕ
、Ｃ、及びＮのうち少なくとも１種を含み、残部が実質
的にＦｅからなることを特徴とする請求項１に記載の情
報記録媒体。
（３）前記合金は、重量比にてＣが２％以下、Ｍｎが５
〜２５％、Ｃｒが１８〜２８％、残部が実質的にＦｅか
らなることを特徴とする請求項２に記載の情報記録媒体
。
（４）前記合金は、重量比にてＣが２％以下、Ｍｎが５
〜２５％、Ｃｒが１８〜２８％、Ｎｉが１０％以下、Ｖ
が５％以下、Ｃｕが５％以下、Ｓｉが１％以下、残部が
実質的にＦｅからなることを特徴とする請求項２に記載
の情報記録媒体。