JPH0434218B2 - - Google Patents

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JPH0434218B2
JPH0434218B2 JP61168222A JP16822286A JPH0434218B2 JP H0434218 B2 JPH0434218 B2 JP H0434218B2 JP 61168222 A JP61168222 A JP 61168222A JP 16822286 A JP16822286 A JP 16822286A JP H0434218 B2 JPH0434218 B2 JP H0434218B2
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magnetization
bias
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Edowaado Beru Aran
Kaaru Bujookurando Geirii
Haaman Shekutoman Berii
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International Business Machines Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 Ａ 産業上の利用分野 本発明は熱磁気光学記憶媒体、具体的には記憶
層中で所望の磁化を得るためのバイアス磁界をも
たらすことに関するものである。
Ｂ 従来技術 多くの磁気光学記憶媒体では、データは磁区に
よつて表わされる。磁化の方向は、（通常は非常
に薄い磁性フイルムである）媒体に対して垂直で
ある。データはいわゆる磁気光学効果に基いて読
出される。基本的には、磁気光学効果は、偏光ビ
ームが磁化された媒体に出会つた際の磁区の磁化
方向の変化に伴う偏光ビームの偏光方向の変化で
ある。偏光ビームは一般にはレーザによりもたら
される。
データを表わす磁区を得るには、一般にはレー
ザを用いて磁気媒体のかかる磁区を設けたい領域
を加熱する。磁化方向は、最初に磁区を（磁化を
除去する）キユリー温度より高い温度に加熱する
ことによつて変わる。加熱過程を停止し、温度が
下がり始めると、所望のデータを表わす新しい磁
区が生じ始める。新しい磁化方向は、印加された
外部バイアス磁界に依存する。この外部バイアス
磁界は、磁区がそのキユリー温度以下に冷却する
際、磁区の磁化を外部バイアス磁界の方向に一致
させる。
従来、外部バイアス磁界を発生させるため、幾
つかの技術が用いられてきた。米国特許第
3702993号には、媒体の個々の領域間で曲がりく
ねつた経路をたどるプリント配線が示されてい
る。この配線に必要な付勢は、磁区の所望の磁化
方向を得るため制御可能な形で切換えなければな
らない。米国特許第3651504号および第3739394号
では、バイアス磁界を発生させるため外部磁界発
生コイルを使用している。
バイアス磁界をもたらす他の技術としては、電
界を使つて強誘電体媒体中の磁区の所望の方向の
電気的分極を得るものがある。米国特許第
3710352号には、選択的に加熱されたビツト記憶
領域の冷却中に低い分極電圧を強誘電体媒体に印
加して、媒体の電気分極を変化させる技術が示さ
れている。電圧源は、外部電池として示されてい
る。米国特許第3710353号には、熱容量性領域と
接触する強誘電体媒体が示されている。容量性領
域が強誘電体媒体とともに加熱されると、容量性
領域から強誘電体領域への電圧遷移が生じ、電気
分極の反転を引起こす新たな有効電圧が強誘電体
領域に生じる。バイアス電界で容量性領域を発生
するためのエネルギー源が必要である。様々な分
極をもたらすためのスイツチも必要である。
もう一つの磁気媒体構造が米国特許第3680065
号に開示されている。この構造では、データが読
出される記憶層のキユリー温度が周囲層に近い。
記憶層と物理的に接触する第２の層は、キユリー
温度がより高いが、磁化は記憶層と同じで、記憶
層の温度が室温に達したとき量子交換結合によつ
て記憶層を再磁化する働きをする。第２の層は所
望の磁区を得るためのバイアス磁界としてではな
く、一般的技術によつて得られる磁化を単に保持
するために使われる。
Ｃ 発明が解決しようとする問題点 バイアス磁界または電界を印加する従来技術の
主な問題点は、切換可能なエネルギー源を必要と
することである。今日の記憶装置が必要とする高
速のデータ記憶速度では、エネルギー源の切換え
は重大な問題になる。磁化のエネルギーを切換え
るには、レーザ・ビームが磁区のそばを通過する
よりも多くの時間を要する。したがつて、データ
を書き込むとき、磁区の中で所望の磁化配向を得
るためには、通常は少くとも２回の通過パスを必
要とする。また、切換速度が高速の場合、有害な
電磁雑音を発生する恐れがある。
Ｄ 問題点を解決するための手段 本発明の磁気記憶媒体は、熱絶縁層によつてバ
イアス層から隔置された記憶層を有する。記憶層
は、データを表す個々の磁区を保持する。バイア
ス層は、温度依存性の磁気特性を有する。バイア
ス層の局部領域を加熱すると、バイアス磁界を記
憶層に投射する高磁化の局部領域が発生する。
この媒体にデータを記録するには、記憶層の一
つの磁区に対応する部分を持続時間の短いレー
ザ・パルスで周囲温度からそのキユリー温度以上
まで加熱する。加熱パルスの持続時間が短いた
め、熱絶縁層の絶縁特性によつてバイアス層はわ
ずかに加熱されるだけである。これらの層の加熱
前に、記憶層の磁化方向は上向きであるとみなさ
れる。バイアス層は室温近くではわずかな磁化し
か有しないが、記憶層のキユリー温度に近い温度
に加熱されると上向きの方向に強く磁化される。
レーザーを切ると、これらの層は冷却し始め
る。記憶層の温度がそのキユリー温度を通過して
戻り、加熱された磁区の磁化は下向きの方向に反
転して、記憶層の加熱されない周囲領域からのフ
リンジ磁界によつて設定される方向に一致する。
熱絶縁層は、バイアス層に加熱を遅らせるので、
記憶層の温度がそのキユリー温度を通過してから
かなり後まで、バイアス層の熱誘導磁化は生じな
い。したがつて、バイアス層は記録過程に全く影
響を与えない。
消去過程は持続時間がより長いレーザ・パルス
を用いて実施される。この場合は、記憶層が依然
としてそのキユリー温度以上である間に、バイア
ス層の熱誘導磁化はかなり大きくなる。バイアス
層の加熱された局部領域によつて投射されるバイ
アス磁界は、フリンジ磁界を無効にするのに十分
である。記憶層がそのキユリー温度を経て冷却す
ると、加熱された磁区の磁化方向は反転して上向
き方向に戻る。
好ましい一実施例では、バイアス層は、熱絶縁
層の絶縁効果のために、加熱の後しばらくの間記
憶層より高い温度に留まる。バイアス層にフエリ
磁性体を用いると、バイアス層の磁化を加熱中増
大させることができるので、記憶層がそのキユリ
ー温度を通つて冷却する間、より大きな磁界が記
憶層に投射される。
良好な実施例では、バイアス層のキユリー温度
を記憶層のキユリー温度よりかなり高く選ぶ。バ
イアス層は、記録または消失過程中、そのキユリ
ー温度まで加熱されない。したがつて、バイアス
層の局部磁区には書込まれず、その固有磁化方向
は一定のままであるので、熱誘導磁化は常に上向
き方向である。このため、記憶層の書込まれた磁
区が所定の配向になる。
収束レーザ・ビームを用いて媒体中で非常に小
さな磁区を得ることが望ましい。これらの小さな
磁区は、同じレーザから発し物質から反射される
ビームによつて検出される。ビームの運動経路中
で記憶層の磁化によつて引き起されるビームの偏
光の変化が、磁区の磁化を示す。この偏光の変化
は、カー（kerr）回転角と呼ばれる。バイアス層
は、記憶層から光学的に絶縁されているので、回
転は主として記憶層とのビーム間相互作用によつ
て生じる。
Ｅ 実施例 第１図に、本発明の磁気記憶媒体１０の部分断
面を概括的に示す。媒体１０は、第１の層１２、
第２の層１４、第３の層１６および基板１８から
成る。第１の層１２は、データを表わす地区を有
する記憶層である。第２の層１４は、磁気受動的
な熱絶縁層である。第３の層１６は、熱切換可能
なバイアス層である。記録または消失の目的で、
レーザまたは同様な熱源が放射線を第１の層１２
に向けて放出する。別の構成では、層１２を基板
１８上に付着し、続いて層１４および１６を付着
し、レーザ放射線を基板１８を通して層１２に衝
突させる。
第１の層１２には、好ましくは強い極性カー
（kerr）効果、室温または周囲温度に近い補償温
度、および150乃至250℃の範囲のキユリー温度を
有するフエリ磁性体である。TbFeおよび約20原
子％より少ないCoを有するTbFeCo合金などの
種々の希土類遷移金属合金がこれらの条件を満た
す。キユリー温度が150乃至250°Cの範囲外のもの
では、様々な動作態様になる。書込みに大きな出
力が必要でなく、オフイス環境の通常の動作温度
で安定性を与えるのに十分なだけ高い特定の範囲
を一例として選ぶ。
第２の層１４は、好ましくは所望の厚さで容易
に付着できるSiO2などの熱絶縁体から成る。３
つの層は、好ましくは迅速な熱応答をもたらす薄
膜レベルの厚さである。媒体は、好ましくは現在
一般に使用されているようなデイスクの形をと
る。媒体のその他の物理的形態は、当業者にとつ
て自明である。
第３の層１６は、好ましくは補償温度が室温に
近くキユリー温度が第１の層１２のキユリー温度
より大幅に高いフエリ磁性体から形成される。こ
の材料は磁気光学的に能動的である必要はない
が、第１の層のキユリー温度の0.5倍から１倍の
間の範囲の温度で出来るだけ大きな有効磁化を持
たねばならない。GdCoやGdTbCoなどの合金が、
そのような特性を示す。さらに、約30原子％より
多いCoを含むTbFeCoの合金が高いキユリー温
度を示す。
第２図は、大きな温度範囲にわたつて第１の層
（記憶層）１２及び第３の層（バイアス層）１６
の有効磁化を曲線１３及び１５で示すものであ
る。第１層１２は周囲温度よりも温度が高くなる
につれてその磁化の大きさが増加し、最大値を経
て減少してそのキユリー温度で零になる。第３層
１６の磁化の大きさも又、温度とともに増加し、
第１層１２のキユリー温度においても依然として
大きな値をもつている。次にそれよりも高温にな
ると減少してそのキユリー温度で零になる。
記憶媒体１０の初期状態は、第１および第３の
層が第３Ａ図（番号のつけ方は第１図と同じ）に
上向きの矢印で示す媒体の表面に垂直な方向に磁
化される。第３の層の補償温度は室温に近く、ま
たその磁化は横方向に均一なので、その磁化の第
１の層への投射は初期状態では無視される。しか
し、第３の層は、第１の層のキユリー温度付近の
温度まで加熱されると上向き方向に強く磁化され
るように構成されている。
書込み（記録）過程を第３Ｂ図、第３Ｃ図およ
び第３Ｄ図（番号のつけ方は第３Ａ図と同じ）に
示す。短いレーザ・パルスがビーム２０をもたら
す。ビーム２０は、第１の層をそのキユリー温度
以上の温度に加熱させる。磁区２２と呼ばれる加
熱された領域が、第１の層のこのように加熱され
た部分に生じる。第２の層のために第３の層は加
熱が遅れるので、その熱誘導磁化は第１の層に大
きく投射されない。フリンジ磁界２４が第１の層
の加熱された領域に隣接する領域から発生し、磁
化の方向を回転させ、下向きの磁化を有する局部
磁区を発生させる。
第３図で、第１の層はそのキユリー温度を経て
冷却され、磁区２２は安定になる。第３の層の温
度はこのときわずかに増加し、したがつてその投
射された磁界が増大するが、磁区２２は低い温度
にあり、投射された磁界により悪影響を受けな
い。第３Ｄ図は下向きの磁化配向を有し、所望の
データを表わす磁区２２を有し、周囲温度にある
媒体を示す。このようにいくつかの磁区が媒体に
沿つて形成されることがある。磁区を形成するた
めの所望のフリンジ磁界を得るため、磁区は互い
に水平方向に十分隔置されていなければならな
い。
磁区２２の消去過程を第４Ａ図乃至第４Ｄ図に
示す。ただし、番号のつけ方は第３Ａおよび第３
Ｄ図と同じである。データ記録後の記憶媒体の初
期状態は、第４Ａ図に示すように、第１の層が下
向きに磁化された安定した記録スポツトまたは磁
区を含んでおり、第１の層のその周囲の物質は上
向きに磁化されている状態である。第３の層はそ
の最初の上向き磁化の状態のままである。消去
は、第４Ｂ図にビーム２６で示す持続時間のより
長いレーザ・パレスを用いて、第１の層のそのキ
ユリー点温度より高い温度に加熱することにより
達成される。この場合、第２の層はもはや第３の
層の加熱を大幅に遅延させず、その温度は第１の
層がそのキユリー点温度を経て冷却する際に第３
の層に大きな局部熱誘導磁化を発生させる値まで
上昇する。第３の層のこの局部磁化は、第１の層
のキユリー温度より高く加熱された領域に上向き
のバイアス磁界２８を投射させる。この第３の層
から投射された磁界が、第１の層の周囲物質から
の下向きのフリンジ磁界に重なり、キユリー温度
を経て冷却するとき、記録スポツトの磁化方向を
上向き方向に戻す。周囲温度まで冷却した後、第
３の層はその元の状態に戻り、第１の層の記録ス
ポツトは消去されている。
第５および第６図は、それぞれ第３Ａ図乃至第
３Ｄ図および第４Ａ図乃至第４Ｄ図の書込みおよ
び消去動作の間の第１および第３の層の温度を曲
線５１，５２，６１，６２で示したものである。
第５図において、書込み動作中に、第１の層１２
はそのキユリー温度に達し、第３の層が著しく加
熱される前に時刻t1でそのキユリー温度を経て冷
却する。
第６図において、第１の層がそのキユリー温度
を経て戻る時刻t2までに、第３の層の温度はかな
り上昇する。このため、第３の層の熱誘導磁場
は、周囲の第１の層からのフリンジ磁界に打勝つ
ほど十分なまで大きくなる。
第３の層はそのキユリー温度以上には上らず、
したがつて水平方向に隣接する周囲の物質とは違
つて、安定した磁区を含まない点が重要である。
この層の局部磁区の存在は、この第３の層の磁化
の温度依存性の結果にすぎない。
記録および消去を実施するために必要な短い、
および長いパルス露出時間は、例えば２ビーム法
を用いて実現される。第７図において、媒体に入
射するレーザ・ビームのスポツトを３２および３
４に示す。スポツト３２は、書込みビームのスポ
ツトであり、スポツト３４は、消去ビームの細長
いスポツトである。この例では、媒体中の１つの
領域の露出時間は、ビームに対する媒体の運動量
およびビームの寸法の関数である。別の例では、
同等のスポツト・サイズの書込みビーム及び消去
ビームを用いることができ、媒体中のある領域の
全露出は、レーザ強度の直接変調によつて制御さ
れる。
第７図の例では、消去ビームの細長いスポツト
３４の出力密度は書込みビームのスポツト３２の
それよりもかなり小さいので、ある磁区の露出時
間が長くなつても、第１の層の最高温度は第１の
層のキユリー点温度よりわずかに上の温度に制限
される。露出時間が長くなつてもその間下の層に
熱を逃がすので、第１の層はそれ以上高い温度ま
で加熱されない。
第２層の厚さは、磁区を消去するため用いるレ
ーザ・ビームの持続時間および出力密度に応じて
定められる。第２の層の厚さｄを選ぶための設計
過程の一例は、層の熱拡散率として毎秒0.006cm2
の値を用いるものである。これは二酸化シリコン
のそれに近い値である。
熱に対する拡散の長さは、熱拡散率および拡散
が起こる期間の関数である。典型的な場合、熱プ
ロフイルは、拡散長さの２倍の距離を加熱された
物体の本体へ投射する。50ナノ秒の記録パルス時
間を用いると、長さｄは約0.25マイクロメータと
なる。消去の間第３の層の適度な加熱を達成する
には、もつと長いパルスが必要である。約10倍長
い、すなわち500ないし600ナノ秒のパルスを用い
ると、フリンジ磁界に打勝つのに十分なほど強い
磁界を投射するのに十分なだけ第３の層が加熱さ
れる。書込みスポツトが１マイクロメータのと
き、消去スポツトの長さは約10マイクロメータの
長さとなる。この要件は、実際の光学式データ記
憶システムに合致する。
第１の層に記憶されたデータの光学的記録およ
び消去特性は、第１の層の減磁領域の境界におけ
る全有効磁界間の関係に依存する。長い消去パル
スから生じる全有効磁界は、短い消去パルスの間
に発生する全有効磁界とは方向が反対で、それと
同程度または、それより大きくなければならな
い。こうすると、以前に書込まれた磁区の完全な
消去が保証される。
記録および消去サイクル中の全有効磁界の相対
的大きさは、外部から供給される直流磁界を使つ
て調節できる。この磁界は、その投射する磁界４
６が第１の層に垂直にレーザ・ビームが入射する
領域を通つて伸びるようにデイスクの表面に隣接
して置かれた第８図のソレノイド４４によつて発
生させることができる。この外部発生磁界は、変
調されず、記録および消去サイクルの間記憶スポ
ツト境界における全有効磁界の関係を最適化する
ために一定のスポツトを与えるだけの働きをす
る。
磁気光学物質の力−回転角は、磁気光学層を薄
膜反反射構造に組込むことによつて増大させるこ
とができることが知られている。この技術を用い
ると読出し中の信号対雑音比を改善でき、また記
録および消去サイクルの間の感度を改善できる。
第８図（番号のつけ方は第１図と同じ）の記憶媒
体の小さな減少率は、第４の誘電体層４８をデー
タ記憶層１２上に被覆することによつて達成でき
る。層１２が光学的に不透明になるほど暑い場
合、第４の層４８の厚さがほぼ（2m＋１））
（λ／4n）であるとき、記憶媒体の全反射率が小
さくなる。ただし、ｍ＝０，１，２……。（λは
レーザ・ビームの波長、ｎは第４の層の屈折率）。
〔例えば、T.チエン（Chen）等の“磁気光学メモ
リ用の非晶質Tb−Feフイルムの調査（An
Investigation of Amorphous Tb−Fe Films
for Magneto−Optic Memory Application）”、
IEEE Trans.Magnetics Vol.Mag−16（５）、
p.1194−1196（1980）を参照〕層１２が部分的に
透過性となるほど薄い場合は、第４の層４８の厚
さと記憶層１２および熱絶縁層１４の厚さを同時
に最適選択することによつて記憶媒体の全反射率
は減少する。４層から成る記憶媒体の光学的特性
の最適化は、SPIEの議事録Vol.420、p.220−230
所載のM.マンスリパー（Mansripur）およびG.
A.N.コネル（Connel）の論文“磁気光学記録
（Magneto−optic Recording）”に概説されてい
る。そのような光学的特性の最適化においては、
熱絶縁層１４の厚さが、短い記録パルスおよび長
い消去パルスに対する温度上昇応答を区別する熱
時定数要件を依然として満足しなければならない
点に留意すべきである。
Ｆ 発明の効果 一体的なバイアス磁界を設けるには、磁界の発
生源と記憶層との間隔が小さいため、より小さな
磁界発生源が必要である。従来装置の外部発生磁
界は、より大きな距離を横断する必要があり、し
たがつてより多くのエネルギーを得る必要があ
り、切換時間がより遅くなり、相当な雑音が生じ
た。本発明では、レーザの熱を用いて、ほとん
ど、または全く雑音を発生せずにバイアス磁界を
切替えることができる。薄いフイルム層と収束レ
ーザ・ビームからの強い熱を使うため、磁化の変
化が迅速になり、したがつてデータのワン・パタ
ーン書込みが可能となる。
【図面の簡単な説明】
第１図は第１、第２および第３の層を組込んだ
記憶媒体の断面図、第２図は第１図の記憶媒体の
第１および第３の層の有効磁化特性と温度の関係
を示すグラフ、第３Ａ図、第３Ｂ図、第３Ｃ図お
よび第３Ｄ図は、書込み動作中の様々な時刻にお
ける各層の磁化を示す第１図の記憶媒体の断面
図、第４Ａ図、第４Ｂ図、第４ｃ図および第４Ｄ
図は、消去動作中の様々な時刻における各層の磁
化を示す第１図の記憶媒体の断面図、第５図は書
込み動作中の第１図の記憶媒体の第１および第３
の層の温度と時間の関係を示す図、第６図は、消
去動作中の第１図の記憶媒体の第１および第３の
層の温度と時間の関係を示す図、第７図は、磁区
の書込みおよび消去に用いるレーザ・ビーム・ス
ポツトの図、第８図は反反射特性を有する第４の
誘電体層を使つた記憶媒体の断面図である。 １２……記憶層、１４……熱絶縁層、１６……
バイアス層。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ データを表わす所望の磁化配向を有する磁区
    を保持するための記憶層と、該記憶層に所望の磁
    化配向を設定するように温度の関数のバイアス磁
    界を生じるバイアス層と、上記記憶層と上記バイ
    アス層との間に設けられている上記バイアス層の
    温度を制御するため熱障壁を与える中間層とを備
    え、 前記バイアス層は、そのキユリー温度が前記記
    憶層のキユリー温度よりも可成り高くなるように
    選択されており、それによりバイアス層は、室温
    近傍では僅かな磁化しか示さないが記憶層のキユ
    リー温度近傍では記憶層の磁化状態に影響を与え
    る程強い磁化を示すことを特徴とする熱的書込み
    可能は磁気記憶媒体
JP61168222A 1985-09-30 1986-07-18 磁気記憶媒体 Granted JPS6280847A (ja)

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