專利名稱：一種高密度藍光磁光盤的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種信息存儲光盤，更具體地說是涉及一種可滿足藍光超分辨磁光存儲的高密度藍光磁光盤。
背景技術(shù)：
未來社會信息量的爆炸式增長迫切需要超大容量的信息載體。磁光存儲作為一種與磁存儲、全光存儲并存的存儲方式，具有記錄密度潛力大、可擦重寫及可移植、信噪比高等一系列的優(yōu)點，在未來海量數(shù)據(jù)的備份、網(wǎng)絡(luò)下載等計算機領(lǐng)域及數(shù)碼相機、高清晰度電視、數(shù)碼電影等消費光電子領(lǐng)域都有廣闊的應(yīng)用前景。磁光盤自20世紀80年代商業(yè)化以來，已經(jīng)發(fā)展到第五代，3.5英寸盤的單面存儲容量達2.6GB。在磁光存儲中，受光的衍射效應(yīng)限制，使記錄光斑的直徑為D＝1.22λ/NA，其中λ為入射激光波長，NA為光學頭的數(shù)值孔徑?？梢?，減小激光波長或者增大光學頭的數(shù)值孔徑都可以減小記錄光斑直徑，從而提高存儲密度。應(yīng)用藍紫光激光器作為光源是未來磁光存儲發(fā)展的必然趨勢。正因如此，關(guān)于短波長磁光存儲的研究也一直非常熱門。從存儲介質(zhì)的角度來講，傳統(tǒng)的稀土-過渡族合金(RE-TM)薄膜在短波長時磁光克爾角下降，不適合做短波長磁光存儲介質(zhì)，因此，必須找到在短波長時有較大克爾角的材料。PtCo合金薄膜和Pt/Co多層膜在短波長時克爾角較大，被認為是短波長磁光存儲介質(zhì)的最佳選擇，但是，此類薄膜居里溫度過高，致使信息寫入困難，這一直成為限制其應(yīng)用瓶頸之一。摻雜其它元素雖然可以降低其居里溫度，但這是以磁性能的下降為代價的。摻輕稀土的RE-TM薄膜在短波長時的克爾角也較大，但是較難形成垂直膜。因此，為了適應(yīng)磁光存儲向短波長方向發(fā)展的需求，必須先設(shè)法解決這些存儲介質(zhì)的應(yīng)用瓶頸。
磁超分辨技術(shù)是通過磁光存儲介質(zhì)中加一磁性掩膜層來減小光斑有效尺寸，從而提高讀出分辨率的一種方法。又分為前孔、后孔、中心孔探測型磁超分辨技術(shù)。其中中心孔探測型磁超分辨是用一層平面磁化膜作為讀出層，用一層垂直磁化膜作為記錄層，兩層膜通過交換或靜磁耦合作用結(jié)合在一起作為存儲介質(zhì)，如圖1a、圖1b所示。在激光照射時，薄膜溫度升高，在光斑中心的高溫區(qū)，讀出層由于和記錄層的交換或靜磁耦合作用，磁化方向由面內(nèi)變?yōu)榇怪保瑥?fù)制記錄層信息；而在遠離光斑中心的區(qū)域，由于溫度較低，讀出層仍保持原來的平面磁化。這樣就相當于在光斑中心開了一個小孔，實現(xiàn)超越光斑衍射極限的信息讀出，我們稱為雙層耦合薄膜的超分辨讀出效應(yīng)。采用磁超分辨技術(shù)，可以使磁光存儲密度提高4-6倍?？梢?，雙層交換或者靜磁耦合薄膜的有合適的磁性能是實現(xiàn)超分辨磁光存儲的關(guān)鍵。短波長磁光存儲主要是通過光學系統(tǒng)來減小記錄光斑直徑，而磁超分辨磁光存儲則是從介質(zhì)優(yōu)化的角度來提高存儲密度，若將二者結(jié)合，即在磁光存儲系統(tǒng)中同時采用藍紫光和磁超分辨技術(shù)，那么磁光存儲的密度必將大大提高。關(guān)于藍光超分辨磁光存儲的研究國外也有報道，但仍是以傳統(tǒng)的RE-TM薄膜作為作為記錄和讀出層材料，光盤結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，磁性層就多達五六層，使得制備工藝相當復(fù)雜，而且由于RE-TM薄膜在短波長時克爾角較小，使讀出靈敏度降低，非常不利于實用化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種高密度藍光磁光盤，同時滿足藍光磁光存儲和磁超分辨磁光存儲的要求。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案一種高密度藍光磁光盤，包括存儲薄膜體系，其特征是所述存儲薄膜體系由平面磁化的短波長磁光薄膜和垂直磁化的稀土-過渡族合金薄膜兩層耦合而成，平面磁化層作為讀出層，垂直磁化層作為記錄層。
所述短波長磁光薄膜選自Pt(Pd)Co合金薄膜、(Pt(Pd)/Co)n多層膜或摻輕稀土La，Nd，Pr，Ce的稀土-過渡族合金薄膜其中之一。
所述稀土-過渡族合金薄膜選自TbFeCo合金薄膜、DyFeCo合金薄膜或GdFeCo合金薄膜其中之一。
平面磁化的短波長磁光薄膜和垂直磁化的稀土-過渡族合金薄膜之間的耦合方式可以是交換耦合或靜磁耦合。
當平面磁化的短波長磁光薄膜和垂直磁化的稀土-過渡族合金薄膜之間采用靜磁耦合方式時，在兩層薄膜之間加一層極薄的SiN薄膜或者AlN薄膜作為介質(zhì)層。
各種薄膜均采用磁控濺射法制備而成。
本發(fā)明的有益效果在于(1)以PtCo合金膜等藍光存儲介質(zhì)作為讀出層可以在短波長時獲得大的克爾角和品質(zhì)因子，克服RE-TM薄膜在短波長時克爾角下降帶來的弊端；(2)PtCo合金膜和Pt/Co多層膜通過與RE-TM薄膜的交換耦合，可以使膜系總的矯玩力下降，降低寫入閾值功率，使信息容易寫入，這樣能夠克服其單獨使用時居里溫度過高、不易寫入的瓶頸，為其實用化開辟一條新的道路；(3)能夠?qū)崿F(xiàn)藍光下中心孔探測型磁超分辨讀出效應(yīng)，獲得高的讀出分辨率。本發(fā)明以交換或者靜磁耦合的藍光磁光存儲介質(zhì)和傳統(tǒng)的稀土-過渡族合金薄膜雙層磁性薄膜作為存儲介質(zhì)，這種雙層耦合膜體系在短波長時有較大的克爾角，而且能夠?qū)崿F(xiàn)超分辨讀出的效應(yīng)。


圖1a、圖1b為靜磁和交換耦合型磁超分辨磁光存儲原理示意圖；圖2為NdGdFeCo/TbFeCo交換耦合雙層薄膜結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為摻雜輕稀土Nd的GdFeCo薄膜的克爾譜和未摻雜時的比較圖；圖4為聚焦光斑克爾回線測試系統(tǒng)示意圖；圖5為室溫和90℃時激光從Nd12Gd23(Fe75Co25)65為讀出層入射時膜系的極向克爾回線圖；圖6為不同溫度下兩層薄膜內(nèi)磁化方向的分布示意圖。
具體實施例方式
下面通過附圖對本發(fā)明進一步詳細描述，一種高密度藍光磁光盤，其存儲薄膜體系由平面磁化的短波長磁光薄膜和垂直磁化的稀土-過渡族合金薄膜兩層耦合而成，平面磁化層作為讀出層，垂直磁化層作為記錄層。所述短波長磁光薄膜選自Pt(Pd)Co合金薄膜、(Pt(Pd)/Co)n多層膜或摻輕稀土La，Nd，Pr，Ce的稀土-過渡族合金薄膜其中之一。所述稀土-過渡族合金薄膜選自TbFeCo合金薄膜、DyFeCo合金薄膜或GdFeCo合金薄膜其中之一。平面磁化的短波長磁光薄膜和垂直磁化的稀土-過渡族合金薄膜之間的耦合方式可以是交換耦合或靜磁耦合。當平面磁化的短波長磁光薄膜和垂直磁化的稀土-過渡族合金薄膜之間采用靜磁耦合方式時，在兩層薄膜之間加一層極薄的SiN薄膜或者AlN薄膜作為介質(zhì)層。各種薄膜均采用磁控濺射法制備而成。
PtCo系薄膜在短波長時有較大的克爾效應(yīng)，摻輕稀土的稀土過渡族合金薄膜在短波長時也有較大的克爾效應(yīng)，因此，它們比較適合用作短波長磁光存儲介質(zhì)。TbFeCo等稀土-過渡族合金薄膜是傳統(tǒng)的磁光盤存儲介質(zhì)，非晶態(tài)薄膜有低的噪聲，是磁光存儲介質(zhì)不可替代的材料。因此，選用這兩類薄膜共同作為藍光超分辨磁光存儲的介質(zhì)。根據(jù)制備工藝條件的不同，可以控制上述薄膜的易磁化方向；調(diào)整薄膜成分和工藝條件，可以調(diào)節(jié)上述薄膜的居里溫度(補償溫度)。調(diào)整制備工藝條件，使短波長磁光存儲薄膜易磁化方向平行于薄膜表面，同時，使其居里溫度(補償溫度)為150-250℃；使作為記錄層的稀土-過渡族合金薄膜易磁化方向垂直于薄膜表面，同時補償溫度位于25℃附近。使平面磁化的短波長磁光存儲薄膜和垂直磁化的稀土-過渡族合金薄膜通過交換或靜磁耦合作用結(jié)合在一起，如圖1所示，室溫時，各自保持它們的易磁化方向，而當信息讀出時，在讀出激光的照射下，薄膜溫度升高，引起兩層薄膜之間的交換耦合作用力發(fā)生改變，在一定的條件下，激光光斑中心的高溫區(qū)讀出層磁化方向由平行變?yōu)榇怪庇诒∧け砻?，?fù)制記錄層信息，而在遠離光斑中心的低溫區(qū)，讀出層仍保持平面磁化，這相當于在激光光斑內(nèi)部開了一個“小孔”，可以實現(xiàn)超越光斑衍射極限的信息讀出。同時，由于讀出層薄膜在短波長時有大的克爾角，因此，在藍光下有大的讀出靈敏度。因此，這種介質(zhì)應(yīng)用于藍光超分辨磁光存儲可以使磁光盤的讀出分辨率和靈敏度大大提高。交換耦合薄膜的制備用磁控濺射法，在不間斷真空的條件下制備兩層薄膜。要求濺射時本底真空度好于1*10-4Pa。各合金薄膜的制備均可采用復(fù)合靶或者合金靶，推薦采用合金靶，這樣可以得到較高的成分均勻度。薄膜厚度用臺階儀測量，一般控制在20-60nm范圍內(nèi)。薄膜成分用電子探針分析，也可根據(jù)補償點或者居里點來進行估計。交換耦合薄膜磁光性質(zhì)用聚焦光斑克爾磁滯回線測試系統(tǒng)來衡量，如圖4所示，單層薄膜在短波長時的磁光效應(yīng)用磁光克爾譜儀來測量。通過實驗測量我們證實了短波長磁光存儲薄膜/傳統(tǒng)TbFeCo薄膜的交換耦合體系隨著入射激光功率的增加，其讀出層磁化方向由平面變?yōu)榇怪薄８鶕?jù)麥克斯韋方程和Poynting矢量定理、差分法、有限元技術(shù)等我們對激光照射下雙層交換耦合薄膜的溫度分布進行了計算，得出不同功率激光照射下薄膜的溫度；根據(jù)微磁學理論，我們對不同溫度下兩層耦合薄膜內(nèi)磁化方向的分布進行了計算。這樣即可得到不同激光功率照射下兩層磁性薄膜的磁化方向。通過理論計算，我們較好地驗證了實驗結(jié)果，證明此類交換耦合薄膜體系確實能夠用作藍光磁超分辨磁光存儲的介質(zhì)。
實施例以Nd12Gd23(Fe75Co25)65為讀出層，Tb19(Fe85Co15)81作為記錄層，制備了交換耦合兩層薄膜作為藍光超分辨磁光存儲介質(zhì)，結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，其中K1，K2表示薄膜的各向異性，t1，t2為薄膜厚度，Z為坐標軸。薄膜樣品用SPF-430H磁控濺射系統(tǒng)制備，濺射系統(tǒng)極限真空度可達7×10-5Pa，用Ar氣作為濺射氣體，濺射功率為380kV，濺射氣壓為1.2Pa。襯底材料采用玻璃，讀出層厚度為50nm，記錄層厚度為40nm。薄膜磁光效應(yīng)分別采用磁光克爾譜儀和聚焦光斑克爾回線測試系統(tǒng)測量。由圖3 Nd12Gd23(Fe75Co25)65薄膜的克爾譜可見，薄膜克爾角隨波長向短波長方向移動而增大，而未摻雜輕稀土Nd的GdFeCo薄膜在短波長時克爾角很小，波長為410nm時克爾角僅為0.18度。因此，Nd12Gd23(Fe75Co25)65薄膜更適合作為短波長磁光存儲介質(zhì)。當薄膜受激光照射時，溫度將發(fā)生改變，讀出層薄膜磁化方向也將發(fā)生改變。如圖5a、圖5b所示，當溫度為25℃時，讀出層一側(cè)所測量的極向克爾回線近似一條斜線，說明此時其磁化方向位于面內(nèi)，而當溫度升高到90℃時，極克爾回線變成近似矩形，說明其磁化方向已經(jīng)變?yōu)榇怪庇谀っ娣较颉１∧囟葹槔碚撚嬎憬Y(jié)果。圖5證明薄膜溫度的改變能夠使兩層薄膜的交換耦合作用發(fā)生改變，從而使讀出層復(fù)制記錄層的磁疇信息。
圖6所示為根據(jù)微磁學理論計算的不同溫度時兩層膜內(nèi)磁化方向與Z軸方向的夾角，其中θ為磁化方向與Z軸負方向的夾角，如圖2所示。對比不同溫度下讀出層表面磁化方向的變化，可以發(fā)現(xiàn)，隨著溫度的升高，讀出層磁化方向逐漸由平面磁化變?yōu)榇怪贝呕?，在溫度達到90℃時，θ角僅為5度，接近垂直磁化。由于激光照射時，光強呈高斯分布，薄膜溫度亦呈高斯分布，光斑中心溫度高，而遠離光斑中心處溫度逐漸降低，根據(jù)圖5所示結(jié)果，光斑中心的高溫區(qū)讀出層磁化方向?qū)⒆優(yōu)榇怪?，而其他區(qū)域仍保持平行于膜面，這就相當于實現(xiàn)了超分辨探測的“開孔”效應(yīng)，從而可以驗證這種介質(zhì)能夠?qū)崿F(xiàn)超分辨讀出。
以上所述內(nèi)容僅為本發(fā)明構(gòu)思下的基本說明，而依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案所作的任何等效變換，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種高密度藍光磁光盤，包括存儲薄膜體系，其特征是所述存儲薄膜體系由平面磁化的短波長磁光薄膜和垂直磁化的稀土-過渡族合金薄膜兩層耦合而成，平面磁化層作為讀出層，垂直磁化層作為記錄層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述高密度藍光磁光盤，其特征是所述短波長磁光薄膜選自Pt(Pd)Co合金薄膜、(Pt(Pd)/Co)n多層膜或摻輕稀土La，Nd，Pr，Ce的稀土-過渡族合金薄膜其中之一。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述高密度藍光磁光盤，其特征是所述稀土-過渡族合金薄膜選自TbFeCo合金薄膜、DyFeCo合金薄膜或GdFeCo合金薄膜其中之一。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述高密度藍光磁光盤，其特征是平面磁化的短波長磁光薄膜和垂直磁化的稀土-過渡族合金薄膜之間的耦合方式可以是交換耦合或靜磁耦合。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述高密度藍光磁光盤，其特征是當平面磁化的短波長磁光薄膜和垂直磁化的稀土-過渡族合金薄膜之間采用靜磁耦合方式時，在兩層薄膜之間加一層極薄的SiN薄膜或者AlN薄膜作為介質(zhì)層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述高密度藍光磁光盤，其特征是各種薄膜均采用磁控濺射法制備而成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高密度藍光磁光盤，包括存儲薄膜體系，其特征是所述存儲薄膜體系由平面磁化的短波長磁光薄膜和垂直磁化的稀土－過渡族合金薄膜兩層耦合而成，平面磁化層作為讀出層，垂直磁化層作為記錄層。本發(fā)明以交換或者靜磁耦合的藍光磁光存儲介質(zhì)和傳統(tǒng)的稀土－過渡族合金薄膜雙層磁性薄膜作為存儲介質(zhì)，這種雙層耦合膜體系在短波長時有較大的克爾角，而且能夠?qū)崿F(xiàn)超分辨讀出的效應(yīng)。
文檔編號G11B7/24GK1971732SQ20061011870
公開日2007年5月30日 申請日期2006年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月23日
發(fā)明者王現(xiàn)英 申請人:上海應(yīng)用技術(shù)學院