KR20000002733A - 광자기 기록 매체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광자기 기록 매체에 관한 것으로, 기록층에 기록된 정보를 재생하는 재생층을 자성층과 비자성층이 적층된 초격자 다층박막으로 형성하고, 자상층 1층 이상이면서 비자성층 3층 이하이거나 비자성층 2층 이상이면서 자성층 2층 이상의 수평자기 이방성을 갖게 형성함으로써, 장파장인 레드 영역에서 뿐만 아니라 단파장인 블루 영역에서도 적용 가능하여 산업상 이용 분야가 넓다.

Description

광자기 기록 매체

본 발명은 광자기 기록 매체에 관한 것이다.

일반적으로 광자기 디스크는 편광된 빛이 자성박막면에서 반사할 때, 막면에 대해 수직한 방향의 자기 이방성을 갖는 자성박막인 경우는 편광면의 각도가 회전하는 현상을 이용한다.

이와 같은 자기광학 효과를 커(Kerr) 효과라 하고, 이때 회전하는 편광면의 각을 커 회전각이라 한다.

광자기 디스크의 신호대 잡음비(signal-to-noise ratio ; SNR)는 다음과 같다.

여기서, η는 포토다이오드의 양자 효율(quantum efficiency), P는 리드 파워(read power), R은 매체 반사도(reflectivity), θ_K는 커 회전각, e는 일렉트론 차지(electron charge), 그리고 B는 밴드 폭(band width)이다.

위의 식에서 매체의 특성을 나타내는 파라미터(parameter)인 R과 θ_K만을 고려하였을 때의 피겨 오브 메리트(figure of merit)는 Rθ_K ²에 비례한다.

따라서, R보다는 θ_K를 증가시키는 것이 효율적이다.

통상 광자기 기록에 이용되는 자성박막의 커 회전각은 0.3°정도의 작은 값을 갖는다.

따라서, 이 값을 증가시키기 위해서 종래에는 유전체 및 반사층을 이용하여 다층화 하였다.

즉, 종래에는 기판/무반사층/기록층/페이즈(phase)층/반사층으로 이루어진 4층 구조가 일반적이었는데, 이러한 구조의 광자기 디스크는 기록 밀도를 높이는데는 한계가 있었으므로, 기록 밀도를 높이기 위하여 디스크의 구조는 점차 다층화가 되었고 기록 레이저 빔과 외부 자계의 형태도 점차 복잡해지게 되었다.

이러한 종래의 광자기 디스크에서는 재생층으로서 GdFeCo 합금과 같은 희토류-천이류(rare-earth transition metal) 합금을 사용하는데, 이 희토류-천이류 합금은 장파장(적외선∼레드(red) ; 800∼650nm)에서 큰 자기 광학적(kerr) 효과를 갖는 특징이 있다.

특히, 재생층에 이용된 GdFeCo 합금 박막은 재생신호와 직접 관련이 있는 층으로 적외선∼레드(red)영역에서 커 회전각이 0.25∼0.3°정도 이다.

이 정도 크기의 커 회전각은 적외선∼레드영역에서 실제 이용하는데에 충분하다.

이 희토류-천이류 합금 재생층의 메커니즘(machanism)은 상온에서 수평 자기 이방성을 갖다가 고온이 되면서 수직 자기 이방성으로 변화하게 되는 특성을 이용한 것이다.

즉, 희토류와 천이류의 서브래티스(sublattice)는 각각 반대 방향으로 커플링(coupling)하여 두 자화값의 차가 총 자화값이 되는 페리마그네티즘(ferrimagnetism)의 특성을 갖게 된다.

이 희토류-천이류 합금 박막은 수직 자기 이방성 에너지(K_u)가 형상 자기 이방성 에너지(2πM_s ²)보다 클 때

즉, K_u＞ 2πM_s ²----------------(1)

일 때 수직 방향의 자기 이방성을 갖게 된다.

희토류와 천이류에서는 각 서브래티스 자화값의 크기가 같아지는 온도가 존재하는데, 이 점을 보상온도(compensation temperature ; T_comp)라 한다.

도 1을 보면, 이 점을 중심으로 자화값(M_s)이 작은 영역에서는 수직 방향의 자기 이방성을 갖게되고, 자화값이 큰 영역에서는 수평 방향의 자기 이방성을 갖게 되는 것을 알 수 있다.

종래 기술에 따른 광자기 기록 매체에 있어서는 다음과 같은 문제점이 있었다.

GdFeCo 합금으로 이루어진 재생층을 갖는 종래 광자기 디스크는 파장이 긴 적외선∼레드(red)영역에서 커 회전각이 0.25∼0.3°이었지만, 파장이 짧은 블루(blue)영역에서는 커 회전각이 0.2°이하로 작아지게 되어 실제적으로 블루 영역에서는 사용할 수 없는 문제가 있었다.

즉, 기록 밀도를 향상시키기 위해서는 단파장 광원에서 큰 재생 신호를 가져야 하지만, 종래의 광자기 디스크에서는 단파장에서 커 회전각이 작아 큰 재생 신호를 얻을 수 없었다.

또한, 광자기 디스크의 재생층과 기록층에 사용되는 희토류 원소들은 산화에 극히 약한 단점이 있다.

본 발명은 이와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 장파장 광원 뿐만 아니라 단파장 광원에서도 큰 재생 신호를 얻을 수 있는 광자기 기록 매체을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 GdFeCo 재생층의 K_u및 2πM_s ²의 온도 의존성을 보여주는 그래프

도 2는 수직 자기 이방성을 보이는 코발트-베이스(Co-based) 다층박막 재생층을 보여주는 도면

도 3은 X층이 얇아서 수평 자기 이방성을 보이는 코발트-베이스 다층박막 재생층을 보여주는 도면

도 4는 코발트-베이스 다층박막 재생층의 M_s의 온도 의존성을 보여주는 그래프

도 5는 Co층이 두꺼워 수평 자기 이방성을 보이는 코발트-베이스 다층박막 재생층을 보여주는 도면

도 6은 코발트-베이스 다층박막 재생층의 K_u및 2πM_s ²의 온도 의존성을 보여주는 그래프

본 발명에 따른 광자기 기록 매체의 주요 특징은 정보를 기록하는 기록층과 상기 기록층에 기록된 정보를 재생하는 재생층을 갖는 광자기 기록 매체에서, 재생층은 자성층과 비자성층이 적층된 초격자 다층박막으로 이루어지며, 자성층 1층 이상이면서 비자성층 3층 이하이거나 비자성층 2층 이상이면서 자성층 2층 이상의 수평자기 이방성을 갖는 특성을 갖게 하는데 있다.

상기와 같은 특징을 갖는 본 발명에 따른 광자기 기록 매체를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명의 개념은 자성층과 비자성층이 적층된 다층박막이 청색 파장(약 400nm 이하)영역에서 큰 신호를 얻을 수 있는 특성이 있으므로 이를 재생층에 이용하고, 자성층이나 비자성층의 두께를 조절함으로써 청색 파장 영역에서 레이저 빔 크기 이하로 작게 기록된 정보를 읽을 수 있게 하는데 있다.

코발트-베이스(Co-based) 초격자 다층박막을 일 예로 하여 본 발명의 원리를 설명하면 다음과 같다.

도 2에 도시된 바와 같이, 코발트-베이스 다층박막은 약 2층의 원자층을 갖는 Co 서브층(sublayer)과 약 3층의 원자층을 갖는 X 서브층(비자성층)으로 이루어진다.

이와 같은 두께 구조를 갖는 코발트-베이스 다층박막은 두 층간의 계면이 샤프(sharp) 할 경우, 상온에서 수직 자기 이방성을 갖는 특성이 있다.

이들 다층 박막들의 수직 자기 이방성은 계면 혹은 표면 자기 이방성이라 하여 자성 서브층과 비자성 서브층 간의 계면에서 수직 자기 이방성의 원인이 되는 현상이 일어난다.

그러나, 도 3과 같이 X층(예를 들면, Pt 또는 Pd)의 두께를 줄여 자성층 간의 거리를 좁힐 경우, 자성층 간의 상호 작용이 커지게 되어 수평 방향의 자화 용이축을 갖게 되어 버린다.

이때, 이 다층 박막으로 이루어진 재생층의 온도를 높이면 자성층의 자화값이 감소하게 됨과 더불어 자성층 간의 상호 작용이 줄어들게 되면서 수평 방향을 향했던 자화는 수직 방향으로 향하게 되는 변화가 일어난게 된다.

즉, 도 4에서 이와 같은 자화값의 온도 의존성을 통해 교환력(exchange strength)의 감소를 예측할 수 있다.

또 다른 예로는 도 5에 도시된 바와 같이, 자성층의 두께가 두꺼워진 경우이다.

이때는 X층과 계면을 형성하지 못하는 Co 원자들이 수직 자기 이방성의 특성을 갖지 못하게 되고 따라서 수평 자기 이방성을 갖게 되는 경향이 생겨나게 되는 것이다.

그러나, 이 경우에도 재생막의 온도를 높일 경우 도 6에 도시된 바와 같이, 자화값의 감소와 더불어 형상 자기 이방성 에너지가 줄어들어 앞서 설명한 수식 (1)의 조건을 만족하는 영역이 생겨나는 것을 알 수 있다.

이와 같은 원리를 이용하여 본 발명에서는 청색 파장에서 큰 신호를 얻을 수 있는 특성을 갖는 다층박막을 재생층에 이용하되, 이 다층박막의 특정한 서브층 두께를 조절하여 상온에서는 수평 방향, 재생을 위해 레이저로 가열된 경우에는 수직 방향의 자화 용이축을 갖는 재생층을 제작할 수 있다.

즉, 본 발명에서는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 재생층을 자성층과 비자성층이 적층된 초격자 다층박막으로 형성하고, 이 다층박막의 자성층 두께를 약 2층 이상의 원자층으로 두껍게 조절하거나 또는 비자성층의 두께를 3층 이하의 원자층으로 얇게 조절한다.

여기서, 자성층에 사용되는 원자들로는 Co, Fe 그리고 Ni 등과 같은 천이 금속이거나 그들의 합금이고, 비자성층에 이용되는 원자들로는 Pt, Pd, Ag 그리고 Au 등의 귀금속들이거나 그들의 합금이다.

이 중 대표적인 다층박막으로는 Co/Pt와 Co/Pd 이다.

이와 같은 구조를 갖는 재생층은 상온 및 고온을 포함한 전 온도 영역에서 수직 방향의 자화 용이축을 가지므로 이 재생층을 디지털 정보가 저장된 디스크에 적용하면 레이저 빔 크기 이하로 기록된 비트(bit)를 주변 비트의 영향을 배제하고 재생할 수 있다.

이러한 재생층을 갖는 본 발명의 광자기 기록 매체의 재생 방법으로는 재생 빔의 가우시안 세기 프로파일(Gaussian intensity profile)을 이용하여 고온 부분에서 수직 방향 자화가 기록층의 비트를 전사하는 효과를 이용할 수 있고, 더 작게 기록된 비트는 외부에서 DC, AC, 혹은 펄스(pulse) 형태로 가하는 자기장에 의해 전사된 자구를 확대시켜 재생할 수도 있으며, 가해진 레이저 빔에 의한 온도 기울기(temperature gradient)에 의해 재생층에 전사된 자구의 자벽 이동을 이용할 수도 있다.

또 다른 예로 재생층의 자기 이방성이 수직과 수평의 중간 정도의 값을 가질 때를 고려할 수도 있는데, 이때는 기록층에 기록된 비트의 자화의 도움에 의해 재생층의 자화 방향은 수직을 향하면서 기록층의 비트를 전사하게 된다.

이 경우에도 마찬가지로 외부 자기장을 인가하여 재생층의 비트를 확대할 수 있다.

본 발명에 따른 광자기 기록 매체에 있어서는 다음과 같은 효과가 있다.

본 발명은 장파장인 레드 영역에서 뿐만 아니라 단파장인 블루 영역에서도 적용 가능하므로 산업상 이용 분야가 넓고, 산화에 대한 저항이 큰 장점이 있다.

Claims (2)

1. 정보를 기록하는 기록층과 상기 기록층에 기록된 정보를 재생하는 재생층을 갖는 광자기 기록 매체에서,

   상기 재생층은 자성층과 비자성층이 적층된 초격자 다층박막으로 이루어지며, 자성층 1층 이상이면서 비자성층 3층 이하이거나 비자성층 2층 이상이면서 자성층 2층 이상의 수평자기 이방성을 갖는 것을 특징으로 하는 광자기 기록 매체.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 자성층은 Co, Fe, Ni 중 어느 하나 또는 그들의 합금이고, 비자성층은 Pt, Pd, Ag, Au 중 어느 하나 또는 그들의 합금인 것을 특징으로 하는 광자기 기록 매체.