JPS6280847A - 磁気記憶媒体 - Google Patents

磁気記憶媒体

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JPS6280847A JP61168222A JP16822286A JPS6280847A JP S6280847 A JPS6280847 A JP S6280847A JP 61168222 A JP61168222 A JP 61168222A JP 16822286 A JP16822286 A JP 16822286A JP S6280847 A JPS6280847 A JP S6280847A
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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】 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、データは磁区によって表
わされる。磁化の方向は、（通常は非常に薄い磁性フィ
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った際
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）キュリ一温
度より高い温度に加熱することによって変わる。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、磁区がそのキュリ一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３７０２９９６号には
、媒体の個々の領域間で曲が９くねった経路をたどるプ
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全得る
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５６５１５０４号および第６７５９３９４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、電界を使っ
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５７１０３５２号には、選択
的に加熱されたビッ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３７１０５５３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、熱容量性領域
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全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だめのスイッチも必要である。
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
記憶層のキュリ一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、キュリ一温度がより高いが、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
量子交換結合によっ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、一般的技術によって得られる磁化を単に保持
するために使われる。
Ｃ１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。したがって、
データ全書き込むとき、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。
Ｄ１問題点を解決するための手段 本発明の磁気記憶媒体は、熱絶縁層によってバイアス層
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−１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
囲温度からそのキュリ一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っ
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
、記憶層のキュリ一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ュリ一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って設定
される方向に一致する。熱絶縁層は、バイアス層の加熱
を遅らせるので、記憶層の温度がそのキュリ一温度を通
過してからかなυ後まで、バイアス層の熱誘導磁化は生
じない。したがって、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シ長いレーザ・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ュ
リ一温度以上である間に、バイアス層の熱誘導磁化はか
な９大きくなる。バイアス層の加熱された局部領域によ
っ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。記憶層がそのキュリ一温度を経て
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。バイアス層にフェ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、
記憶層がそのキュリ一温度を通って冷却する間、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、バイアス層のキュリ一温度を記憶層
のキュリ一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、そのキュリ一温度まで加熱されな
い。したがって、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って検出さ
れる。ビームの運動経路中で記憶層の磁化によって引き
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って
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２の層には、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°Ｃの範囲のキュリ一温度を有するフェリ磁
性体である。Ｔ−ｂＦｅおよび約２０原子チよシ少ない
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。キュリ一温度が１５
０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、オフィス環
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。６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
なディスクの形をとる。
媒体のその他の物理的形態は、当業者にとって自明であ
る。
第６の層１６は、好ましくは補償温度が室温に近くキュ
リ一温度が第１の層１２のキュリ一温度より大幅に高い
フェ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の層のキュリ一温度の
１５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。Ｇ　ｄ　Ｃｏ　＋Ｇ　ｄ　
Ｔ　ｂ　Ｃｏなどの合金が、そのような特性を示す。さ
らＫ、約３０原子チより多いＣｏｆ含むＴ　ｂ　Ｆ　ｅ
　Ｃｏの合金が高いキュリ一温度を示す。
第２図は、大きな温度範囲にわたって第１の層（記憶層
）１２及び第６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の層１２は、周囲温度より温度が高くなるにつれて
増加し、次にキュリ一温度で依然として大きな値をもつ
。さらに高い温度では減少し、そのキュリ一温度に達す
るとゼロになる。
記憶媒体１０の初期状態は、第１および第３の層が第３
Ａ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６の層の
補償温度は室温に近く、まだ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の層のキュリ一温度
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６Ｄ
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の層をそのキュリ一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の層はそのキュリ一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、したがっ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６Ｄ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っ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３Ｄ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
録スポットまたは磁区を含んでおシ、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シ長いレー
ザ・パルスを用いて、第１の層をそのキュリ一点温度よ
り高い温度に加熱することによシ達成される。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の層がそのキュリ一点温度を経て冷却
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
のキュリ一温度よシ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
磁界に重なシ、キュリ一温度を経て冷却するとき、記録
スポッ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
の記録スポットは消去されている。
第５および第６図は、それぞれ第６Ａ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６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
キュリ一温度に達し、第３の層が著しく加熱される前に
時刻ｔ１でそのキュリ一温度を経て冷却する。
第６図において、第１の層がそのキュリ一温度を経て戻
る時刻ｔ２までに、第３の層の温度はがなり上昇する。
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６の層はそのキュリ一温度以上には上らず、したがっ
て水平方向に隣接する周囲の物質とは違って、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
スポットを３２および３４に示す。スポット３２は、書
込みビームのスポットであり、スポット３４は、消去ビ
ームの細長いスポットである。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
ポット・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
の直接変調によって制御される。
第７図の例では、消去ビームの細長いスポット６４の出
力密度は書込みビームのスポット３２のそれよシもかな
り小さいので、ある磁区の露出時間が長くなっても、第
１の層の最高温度は第１の層のキュリ一点温度よシわず
かに上の温度に制限される。露出時間が長くなってもそ
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．　Ｄ　Ｏ６ｃｍ２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、熱プロフィルは、拡
散長さの２倍の距離を加熱された物質の本体へ投射する
。５０ナノ秒の記録パルス時間を用いると、厚さ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６の層が加熱
される。書込みスポットが１マイクロメータのとき、消
去スポットの長さは約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、それよシ大きくなけ
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って調節できる。
この磁界は、その投射する磁界４６が第１の層に垂直に
レーザ・ビームが入射する領域を通って伸びるようにデ
ィスクの表面に隣接して置かれた第８図のンレノイド４
４によっ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録スポ
ット境界における全有効磁界の関係を最適化するために
一定のスポットを与えるだけの働きをする。
磁気光学物質のカー回転角は、磁気光学層を薄膜及反射
構造に組込むことによっ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って達成でき
る。
層１２が光学的に不透明になるほど厚い場合、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
ェノ（Ｃｈｅｎ）等の“磁気光学メモリ用の非晶質Ｔｂ
−Ｆｅフィルムの調査（ＡｎＩｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏ
ｎ　　ｏｆ　　Ａｍｏｒｐｈｏ、ｕｓ　　Ｔｂ−Ｆｅ　
　Ｆｉｌｍｓ　　ｆｏｒ　Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｏｐｔｉｃ
Ｍｅｍｏｒｙ　　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　）”　Ｓ　
Ｉ　ＥＥＥＴｒａｎｓ、Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ　　Ｖｏｌ
、Ｍａｇ−１＜５（５１％ｐ、１１９４−１１９６（１
９８０）を参照３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って記憶
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、５ＰｒＥ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（Ｃ
ｏｎｎｅｌ　）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１
４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。
Ｆ１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、よシ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シ、したがっ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、はとんど、または全
く雑音を発生せずにバイアス磁界を切換えることができ
る。薄いフィ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、したがってデー
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６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６
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６Ｂ図、第６Ｃ図および第５Ｄ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
？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５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・スポットの図・第８図は反反射特性を有する
第４の誘電体層を使っ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。 出願人　インターナカナル・ビ銅−η−ンズ・コーポレ
ーション代理人　弁理士　　岡　　　１）　　次　　　
生（外１名） ｌ。 −Ｙ嬬々尊体のｒ′面 −ｌｉｔ　　回 才２　圀 開目１錦に％・１丁りス森化状慈、 才３Ａ回 ｈ・１１６石兼化状態。 才３Ｂ回 言と検層のキエリー壜蹟沃き゛で 冷去Ｆさおろビきの石森イ仁４入゛Ｍ、第３Ｃ図 矛４Ａ回 ち・１丁５石嫁死重大東、 ７学年さ木６どきの２婉化状歴。 第４Ｃ図 一７５回 第６Ｃ レープ・ど−ムのスゼ・７ト オ７回

Claims (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て
    上記バイアス層の温度を制御する熱絶縁層とを有する熱
    的書込み可能な磁気記憶媒体。
JP61168222A 1985-09-30 1986-07-18 磁気記憶媒体 Granted JPS6280847A (ja)

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