专利名称：一种高密度蓝光磁光盘的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种信息存储光盘，更具体地说是涉及一种可满足蓝光超分辨磁光存储的高密度蓝光磁光盘。
背景技术：
未来社会信息量的爆炸式增长迫切需要超大容量的信息载体。磁光存储作为一种与磁存储、全光存储并存的存储方式，具有记录密度潜力大、可擦重写及可移植、信噪比高等一系列的优点，在未来海量数据的备份、网络下载等计算机领域及数码相机、高清晰度电视、数码电影等消费光电子领域都有广阔的应用前景。磁光盘自20世纪80年代商业化以来，已经发展到第五代，3.5英寸盘的单面存储容量达2.6GB。在磁光存储中，受光的衍射效应限制，使记录光斑的直径为D＝1.22λ/NA，其中λ为入射激光波长，NA为光学头的数值孔径。可见，减小激光波长或者增大光学头的数值孔径都可以减小记录光斑直径，从而提高存储密度。应用蓝紫光激光器作为光源是未来磁光存储发展的必然趋势。正因如此，关于短波长磁光存储的研究也一直非常热门。从存储介质的角度来讲，传统的稀土-过渡族合金(RE-TM)薄膜在短波长时磁光克尔角下降，不适合做短波长磁光存储介质，因此，必须找到在短波长时有较大克尔角的材料。PtCo合金薄膜和Pt/Co多层膜在短波长时克尔角较大，被认为是短波长磁光存储介质的最佳选择，但是，此类薄膜居里温度过高，致使信息写入困难，这一直成为限制其应用瓶颈之一。掺杂其它元素虽然可以降低其居里温度，但这是以磁性能的下降为代价的。掺轻稀土的RE-TM薄膜在短波长时的克尔角也较大，但是较难形成垂直膜。因此，为了适应磁光存储向短波长方向发展的需求，必须先设法解决这些存储介质的应用瓶颈。
磁超分辨技术是通过磁光存储介质中加一磁性掩膜层来减小光斑有效尺寸，从而提高读出分辨率的一种方法。又分为前孔、后孔、中心孔探测型磁超分辨技术。其中中心孔探测型磁超分辨是用一层平面磁化膜作为读出层，用一层垂直磁化膜作为记录层，两层膜通过交换或静磁耦合作用结合在一起作为存储介质，如图1a、图1b所示。在激光照射时，薄膜温度升高，在光斑中心的高温区，读出层由于和记录层的交换或静磁耦合作用，磁化方向由面内变为垂直，复制记录层信息；而在远离光斑中心的区域，由于温度较低，读出层仍保持原来的平面磁化。这样就相当于在光斑中心开了一个小孔，实现超越光斑衍射极限的信息读出，我们称为双层耦合薄膜的超分辨读出效应。采用磁超分辨技术，可以使磁光存储密度提高4-6倍。可见，双层交换或者静磁耦合薄膜的有合适的磁性能是实现超分辨磁光存储的关键。短波长磁光存储主要是通过光学系统来减小记录光斑直径，而磁超分辨磁光存储则是从介质优化的角度来提高存储密度，若将二者结合，即在磁光存储系统中同时采用蓝紫光和磁超分辨技术，那么磁光存储的密度必将大大提高。关于蓝光超分辨磁光存储的研究国外也有报道，但仍是以传统的RE-TM薄膜作为作为记录和读出层材料，光盘结构非常复杂，磁性层就多达五六层，使得制备工艺相当复杂，而且由于RE-TM薄膜在短波长时克尔角较小，使读出灵敏度降低，非常不利于实用化。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种高密度蓝光磁光盘，同时满足蓝光磁光存储和磁超分辨磁光存储的要求。
本发明采用的技术方案一种高密度蓝光磁光盘，包括存储薄膜体系，其特征是所述存储薄膜体系由平面磁化的短波长磁光薄膜和垂直磁化的稀土-过渡族合金薄膜两层耦合而成，平面磁化层作为读出层，垂直磁化层作为记录层。
所述短波长磁光薄膜选自Pt(Pd)Co合金薄膜、(Pt(Pd)/Co)n多层膜或掺轻稀土La，Nd，Pr，Ce的稀土-过渡族合金薄膜其中之一。
所述稀土-过渡族合金薄膜选自TbFeCo合金薄膜、DyFeCo合金薄膜或GdFeCo合金薄膜其中之一。
平面磁化的短波长磁光薄膜和垂直磁化的稀土-过渡族合金薄膜之间的耦合方式可以是交换耦合或静磁耦合。
当平面磁化的短波长磁光薄膜和垂直磁化的稀土-过渡族合金薄膜之间采用静磁耦合方式时，在两层薄膜之间加一层极薄的SiN薄膜或者AlN薄膜作为介质层。
各种薄膜均采用磁控溅射法制备而成。
本发明的有益效果在于(1)以PtCo合金膜等蓝光存储介质作为读出层可以在短波长时获得大的克尔角和品质因子，克服RE-TM薄膜在短波长时克尔角下降带来的弊端；(2)PtCo合金膜和Pt/Co多层膜通过与RE-TM薄膜的交换耦合，可以使膜系总的矫玩力下降，降低写入阈值功率，使信息容易写入，这样能够克服其单独使用时居里温度过高、不易写入的瓶颈，为其实用化开辟一条新的道路；(3)能够实现蓝光下中心孔探测型磁超分辨读出效应，获得高的读出分辨率。本发明以交换或者静磁耦合的蓝光磁光存储介质和传统的稀土-过渡族合金薄膜双层磁性薄膜作为存储介质，这种双层耦合膜体系在短波长时有较大的克尔角，而且能够实现超分辨读出的效应。
图1a、图1b为静磁和交换耦合型磁超分辨磁光存储原理示意图；图2为NdGdFeCo/TbFeCo交换耦合双层薄膜结构示意图；图3为掺杂轻稀土Nd的GdFeCo薄膜的克尔谱和未掺杂时的比较图；图4为聚焦光斑克尔回线测试系统示意图；图5为室温和90℃时激光从Nd12Gd23(Fe75Co25)65为读出层入射时膜系的极向克尔回线图；图6为不同温度下两层薄膜内磁化方向的分布示意图。
具体实施例方式
下面通过附图对本发明进一步详细描述，一种高密度蓝光磁光盘，其存储薄膜体系由平面磁化的短波长磁光薄膜和垂直磁化的稀土-过渡族合金薄膜两层耦合而成，平面磁化层作为读出层，垂直磁化层作为记录层。所述短波长磁光薄膜选自Pt(Pd)Co合金薄膜、(Pt(Pd)/Co)n多层膜或掺轻稀土La，Nd，Pr，Ce的稀土-过渡族合金薄膜其中之一。所述稀土-过渡族合金薄膜选自TbFeCo合金薄膜、DyFeCo合金薄膜或GdFeCo合金薄膜其中之一。平面磁化的短波长磁光薄膜和垂直磁化的稀土-过渡族合金薄膜之间的耦合方式可以是交换耦合或静磁耦合。当平面磁化的短波长磁光薄膜和垂直磁化的稀土-过渡族合金薄膜之间采用静磁耦合方式时，在两层薄膜之间加一层极薄的SiN薄膜或者AlN薄膜作为介质层。各种薄膜均采用磁控溅射法制备而成。
PtCo系薄膜在短波长时有较大的克尔效应，掺轻稀土的稀土过渡族合金薄膜在短波长时也有较大的克尔效应，因此，它们比较适合用作短波长磁光存储介质。TbFeCo等稀土-过渡族合金薄膜是传统的磁光盘存储介质，非晶态薄膜有低的噪声，是磁光存储介质不可替代的材料。因此，选用这两类薄膜共同作为蓝光超分辨磁光存储的介质。根据制备工艺条件的不同，可以控制上述薄膜的易磁化方向；调整薄膜成分和工艺条件，可以调节上述薄膜的居里温度(补偿温度)。调整制备工艺条件，使短波长磁光存储薄膜易磁化方向平行于薄膜表面，同时，使其居里温度(补偿温度)为150-250℃；使作为记录层的稀土-过渡族合金薄膜易磁化方向垂直于薄膜表面，同时补偿温度位于25℃附近。使平面磁化的短波长磁光存储薄膜和垂直磁化的稀土-过渡族合金薄膜通过交换或静磁耦合作用结合在一起，如图1所示，室温时，各自保持它们的易磁化方向，而当信息读出时，在读出激光的照射下，薄膜温度升高，引起两层薄膜之间的交换耦合作用力发生改变，在一定的条件下，激光光斑中心的高温区读出层磁化方向由平行变为垂直于薄膜表面，复制记录层信息，而在远离光斑中心的低温区，读出层仍保持平面磁化，这相当于在激光光斑内部开了一个“小孔”，可以实现超越光斑衍射极限的信息读出。同时，由于读出层薄膜在短波长时有大的克尔角，因此，在蓝光下有大的读出灵敏度。因此，这种介质应用于蓝光超分辨磁光存储可以使磁光盘的读出分辨率和灵敏度大大提高。交换耦合薄膜的制备用磁控溅射法，在不间断真空的条件下制备两层薄膜。要求溅射时本底真空度好于1*10-4Pa。各合金薄膜的制备均可采用复合靶或者合金靶，推荐采用合金靶，这样可以得到较高的成分均匀度。薄膜厚度用台阶仪测量，一般控制在20-60nm范围内。薄膜成分用电子探针分析，也可根据补偿点或者居里点来进行估计。交换耦合薄膜磁光性质用聚焦光斑克尔磁滞回线测试系统来衡量，如图4所示，单层薄膜在短波长时的磁光效应用磁光克尔谱仪来测量。通过实验测量我们证实了短波长磁光存储薄膜/传统TbFeCo薄膜的交换耦合体系随着入射激光功率的增加，其读出层磁化方向由平面变为垂直。根据麦克斯韦方程和Poynting矢量定理、差分法、有限元技术等我们对激光照射下双层交换耦合薄膜的温度分布进行了计算，得出不同功率激光照射下薄膜的温度；根据微磁学理论，我们对不同温度下两层耦合薄膜内磁化方向的分布进行了计算。这样即可得到不同激光功率照射下两层磁性薄膜的磁化方向。通过理论计算，我们较好地验证了实验结果，证明此类交换耦合薄膜体系确实能够用作蓝光磁超分辨磁光存储的介质。
实施例以Nd12Gd23(Fe75Co25)65为读出层，Tb19(Fe85Co15)81作为记录层，制备了交换耦合两层薄膜作为蓝光超分辨磁光存储介质，结构示意图如图2所示，其中K1，K2表示薄膜的各向异性，t1，t2为薄膜厚度，Z为坐标轴。薄膜样品用SPF-430H磁控溅射系统制备，溅射系统极限真空度可达7×10-5Pa，用Ar气作为溅射气体，溅射功率为380kV，溅射气压为1.2Pa。衬底材料采用玻璃，读出层厚度为50nm，记录层厚度为40nm。薄膜磁光效应分别采用磁光克尔谱仪和聚焦光斑克尔回线测试系统测量。由图3 Nd12Gd23(Fe75Co25)65薄膜的克尔谱可见，薄膜克尔角随波长向短波长方向移动而增大，而未掺杂轻稀土Nd的GdFeCo薄膜在短波长时克尔角很小，波长为410nm时克尔角仅为0.18度。因此，Nd12Gd23(Fe75Co25)65薄膜更适合作为短波长磁光存储介质。当薄膜受激光照射时，温度将发生改变，读出层薄膜磁化方向也将发生改变。如图5a、图5b所示，当温度为25℃时，读出层一侧所测量的极向克尔回线近似一条斜线，说明此时其磁化方向位于面内，而当温度升高到90℃时，极克尔回线变成近似矩形，说明其磁化方向已经变为垂直于膜面方向。薄膜温度为理论计算结果。图5证明薄膜温度的改变能够使两层薄膜的交换耦合作用发生改变，从而使读出层复制记录层的磁畴信息。
图6所示为根据微磁学理论计算的不同温度时两层膜内磁化方向与Z轴方向的夹角，其中θ为磁化方向与Z轴负方向的夹角，如图2所示。对比不同温度下读出层表面磁化方向的变化，可以发现，随着温度的升高，读出层磁化方向逐渐由平面磁化变为垂直磁化，在温度达到90℃时，θ角仅为5度，接近垂直磁化。由于激光照射时，光强呈高斯分布，薄膜温度亦呈高斯分布，光斑中心温度高，而远离光斑中心处温度逐渐降低，根据图5所示结果，光斑中心的高温区读出层磁化方向将变为垂直，而其他区域仍保持平行于膜面，这就相当于实现了超分辨探测的“开孔”效应，从而可以验证这种介质能够实现超分辨读出。
以上所述内容仅为本发明构思下的基本说明，而依据本发明的技术方案所作的任何等效变换，均应属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种高密度蓝光磁光盘，包括存储薄膜体系，其特征是所述存储薄膜体系由平面磁化的短波长磁光薄膜和垂直磁化的稀土-过渡族合金薄膜两层耦合而成，平面磁化层作为读出层，垂直磁化层作为记录层。
2.根据权利要求1所述高密度蓝光磁光盘，其特征是所述短波长磁光薄膜选自Pt(Pd)Co合金薄膜、(Pt(Pd)/Co)n多层膜或掺轻稀土La，Nd，Pr，Ce的稀土-过渡族合金薄膜其中之一。
3.根据权利要求2所述高密度蓝光磁光盘，其特征是所述稀土-过渡族合金薄膜选自TbFeCo合金薄膜、DyFeCo合金薄膜或GdFeCo合金薄膜其中之一。
4.根据权利要求1所述高密度蓝光磁光盘，其特征是平面磁化的短波长磁光薄膜和垂直磁化的稀土-过渡族合金薄膜之间的耦合方式可以是交换耦合或静磁耦合。
5.根据权利要求4所述高密度蓝光磁光盘，其特征是当平面磁化的短波长磁光薄膜和垂直磁化的稀土-过渡族合金薄膜之间采用静磁耦合方式时，在两层薄膜之间加一层极薄的SiN薄膜或者AlN薄膜作为介质层。
6.根据权利要求1所述高密度蓝光磁光盘，其特征是各种薄膜均采用磁控溅射法制备而成。
全文摘要
本发明公开了一种高密度蓝光磁光盘，包括存储薄膜体系，其特征是所述存储薄膜体系由平面磁化的短波长磁光薄膜和垂直磁化的稀土－过渡族合金薄膜两层耦合而成，平面磁化层作为读出层，垂直磁化层作为记录层。本发明以交换或者静磁耦合的蓝光磁光存储介质和传统的稀土－过渡族合金薄膜双层磁性薄膜作为存储介质，这种双层耦合膜体系在短波长时有较大的克尔角，而且能够实现超分辨读出的效应。
文档编号G11B7/24GK1971732SQ20061011870
公开日2007年5月30日 申请日期2006年11月23日 优先权日2006年11月23日
发明者王现英 申请人:上海应用技术学院