Brevet FR2529366A1 — publié le 19831230

_-1 _ "Milieu d'enregistrement magnétique" L'invention concerne un milieu d'enregistrement magnétique comportant un support en matériau non magnétique dont une surface principale supporte une couche continue de matériau magnétique pré- sentant Co et Cr comme composants principaux. Il existe des systèmes d'enregistrement magnétiques (numé- riques) dans lesquels une tête de transmission (ou d'enregistrement- /lecture) assure la magnétisation de petites régions dans un milieu d'enregistrement magnétique pour l'enregistrement de données (numéri- ques) et l'exploration des régions magnétisées pour la lecture des données Juste qu'à présent, le seul système commercialement appli- cable utilise l'enregistrement magnétique longitudinal dans un milieu présentant une direction préférentielle pour la magnétisation paral- lèle au milieu Dans le cas d'enregistrement magnétique longitudinal, on se sert d'une tête du genre annulaire présentant un noyau en maté- riau à perméabilité magnétique élevée muni d'un entrefer étroit et disposé suivant une relation de couplage de flux avec le milieu d'en- registrement magnétique de façon que l'entrefer se situe perpendicu- lairement à la direction de déplacement dudit milieu d'enregistrement magnétique Une impulsion de courant amenée à la bobine enroulée sur le noyau engendre des lignes de flux magnétique dans le noyau qui se ferment suivant un trajet comprenant un bord d'entrefer, la partie du milieu magnétique confinant à l'entrefer, et l'autre bord dudit en- trefer Le flux traversant ainsi le milieu assure l'enregistrement de données Lors de la lecture des données lorsque la région magnétisée se déplace sur un milieu au-delà de l'entrefer, une fermeture du flux par le noyau est réalisée, de sorte que des lignes de flux traversent la bobine et induisent un signal électrique qui est représentatif de l'information emmagasinée. De tels milieux d'enregistrement magnétique longitudinaux présentent le désavantage de ne pouvoir traiter qu'une densité de bits linéaire limitée Cette limitation se produit du fait que dans le milieu, les régions magnétisées sont orientées dans la direction -2- longitudinale du milieu Cette méthode d'enregistrement longitudinale présente un certain champ démagnétisant maximal à la limitation de bit, de sorte que le nombre de transitions pouvant être emmagasinées par centimètre de la longueur de la piste d'information est limitée. En vue d'atteindre une densité de bit linéaire notablement supérieure à celle que fournit l'enregistrement magnétique longitudi- nal, il est en principe possible de recourir à la méthode d'enregis- trement magnétique perpendiculaire Dans le cas d'enregistrement ma- gnétique perpendiculaire, le flux magnétique s'étend perpendiculaire- ment à travers le milieu à partir de la face supérieure vers la face inférieure et non d'une façon longitudinale à travers le milieu dans le plan de ce dernier en vue de créer des domaines magnétiques orien- tés perpendiculairement à la surface du milieu Cette méthode d'enre- gistrement présente un champ démagnétisant minimal à la limitation de bit, ce qui permet d'emmagasiner un nombre plus élevé de transitions orientées perpendiculairement par centimètre de longueur du milieu, comparativement au nombre de transitions pouvant être obtenues avec les systèmes d'enregistrement magnétiques longitudinaux. De ce qui précède, il sera évident que l'enregistrement magnétique perpendiculaire permet une compacité linéaire supérieure à celle de l'enregistrement magnétique longitudinal Toutefois, l'enre- gistrement magnétique longitudinal est adapté commercialement à plus grande échelle, alors qu'en revanche, l'enregistrement magnétique perpendiculaire se trouve jusqu'à présent dans la phase expérimen- tale L'une des raisons pour lesquelles jusqu'à présent l'enregistre- ment magnétique perpendiculaire n'est pas adapté à échelle commercia- le, réside apparemment dans le fait qu'il n'existe pas encore de mi- lieux d'enregistrement appropriés permettant d'obtenir effectivement les avantages offerts par l'enregistrement magnétique perpendicu- laire. L'article "Co-Cr" perpendicular recording medium by vacuum déposition" de R Sugita et al paru dans IEEE Transactions on Magne- tics, Vol Mag-17, No 6, novembre 1981, pages 3172 à 3174 ( 1) décrit l'application de films appliqués par évaporation de Co 1 x Crx pour l'enregistrement magnétique perpendiculaire La magnétisation de sa- turation (Cr) de tels films diminue très fortement avec x(r -,, à x>, 0, 25) Des valeurs élevées de ci S élevées peuvent s'obtenir -3- à l'aide de faibles concentrations de Cr Pour l'application de films de Co-Cr comme milieux d'enregistrement perpendiculaire, il faut, outre un o-s élevé, également une force coercitive élevée De plus, il faut que la magnétisation soit perpendiculaire au plan du substrat Ces exigences additionnelles ne peuvent être réalisées que pour des concentrations assez élevées en Cr Cela implique qu'il faut chercher une concentration optimale pour laquelle n'est toujours par trop fortement diminué tout en satisfaisant à l'exigence de symé- trie perpendiculaire La littérature mentionne de telles combinaisons optimales de paramètres à plusieurs endroits: Tableau I: voir Y Maeda et al, Japanese Journal of Applied Physics, 20, 1981, pages L 467 L 469 ( 2) et K Kobayashi et ai, Journal of Applied Physics, 52, mars 1981, pages 2453 à 2455 ( 3). L'invention est basée sur l'idée de fournir un milieu d'en- registrement pour l'enregistrement perpendiculaire, présentant des propriétés notablement perfectionnées. Ce but est atteint à l'aide d'un milieu d'enregistrement du genre mentionné dans le préambule, qui est caractérisé en ce que la couche contient également Pt dans une quantité supérieure à 1 % en atome jusqu'au maximum 5 % en atomes. L'addition de ladite petite quantité de Pt aux alliages de Co-Cr, notamment aux alliages de Co-Cr contenant 15 à 30 % en atomes de Cr, se traduit par une augmentation de la magnétisation de satura- tion de plus de 100 %, tout en maintenant l'anisotropie perpendiculai- re et la valeur élevée de la force coercitive, La description ci-après, en se référant aux dessins an- Ref Oa-s(emu/cm 3) a-RR(emu/em 3) He(Oe) Sugital et al (i) 280 60 700 qaeda et al ( 2) 210 24 300-400 obayshi et al ( 3) 317 100 1000 l i l, nexés, le tout donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien com- prendre comment l'invention peut être réalisée. La figure la représente une vue latérale d'un dispositif d'emmagsinage de données du genre vertical présentant un milieu d'en- registrement et une tête de transmission. La figure lb est une coupe de la tête de transmission de la figure la suivant la ligne 1 B-l B. La figure 2 est un graphique donnant le champ H suivant l'axe X dans le cas d'excitation de la tête de transmission de la figure 1. La figure 3 est un graphique donnant la boucle a H dans les premiers deux quadrants d'un alliage de Co-Cr-Pt. Les figures la et lb montrent respectivement une vue laté- rale d'un dispositif pour l'enregistrement perpendiculaire présentant une tête de transmission 11 et un milieu d'enregistrement 14 et une coupe transversale de la tête de transmission utilisée dans ce dispo- sitif Un noyau en forme de U 1 en un matériau à perméabilité magné- tique élevée, comme un alliage de nickel-fer, contenant en atomes 80 % de nickel et 20 % de fer, est appliqué à l'aide d'une technique d'ap- plication moléculaire comme la pulvérisation, sous forme d'une couche mince sur un substrat 2. i Le noyau 1 comprend une patte de transmission ( 3) et une patte de retour de flux ( 4), qui sont reliées entre elles par l'in- termédiaire d'une partie de noyau intermédiaire ( 5) Comme l'indique la figure lb, l'épaisseur des couches du noyau ( 1) d 1 à l'endroit de la patte de transmission 3 et d à l'endroit de la patte de re- tour de flux 4, avec d 2 > d 1, alors que l'extrémité de la patte de transmission 3 présente une largeur W 1 et l'extrémité de la pat- te de retour de flux 4 une largeur W 2 La surface de la section de l'extrémité de la patte 3 (qui détermine la densité de bit obtenable par unité de surface) est donc W d 1 et la surface de la section transversale de la patte 4 est donc W 2 d 2 Autour de la patte de transmission 3, est appliquée une bobine 6 Pour éviter l'enregistre- ment de la patte 4 dans le cas d'excitation de la bobine 6, il faut que W 2 d 2 soit notablement supérieur à W 1 d 1 de préférence moins 5 à 10 x plus élevé Lorsque le milieu d'enregistrement 4 se déplace perpendiculairement au plan du papier à une vitesse IY, com- -5- me l'indique la figure la, l'épaisseur d 1 de l'extrémité de la pat- te de transmission 3, qui peut se situer entre 0,1 et 11/um, déter- mine le nombre de transitions de flux par centimètre de longueur La largeur W 1 de la patte de transmission 3, qui peut se situer entre 2 et 20/um, détermine alors la largeur de la piste enregistrée dans le fluide d'enregistrement Lors de l'utilisation, le noyau 1, se trouve par exemple à une hauteur h au-dessus du milieu magnétique en mouvement 14 Dans le cas d'enregistrement dit en contact, h peut être zéro Le milieu 14 peut être un disque magnétique ou une bande magnétique présentant un support non magnétique 8 supportant une cou- che magnétique 7 présentant une anisotropie magnétique perpendiculai- re. Lorsqu'un courant codé de données est amené à la bobine 6 (les dessins représentent une bobine présentant dix spires), un tra- jet fermé est engendré pour le flux magnétique dans la patte 3, la partie de noyau intermédiaire 5, la patte 4, l'entrefer 51 présen- tant la grande section transversale, le milieu 7, le trajet de retour 8, la couche magnétique 7 située en face de la patte 3 o se fait l'enregistrement proprement dit, l'entrefer présentant la petite sec- tion transversale 52 et inversement vers la patte 3. L'inversion rigoureuse de la polarité du courant permet donc de former des domaines présentant la magnétisation perpendicu- laire mais opposée dans la couche magnétique 7. La distance S comprise entre la patte de transmission 3 et la patte de retour de flux 4 suffit pour empêcher la traversée direc- te du flux de la patte 3 vers la patte 4 pendant le processus d'enre- gistrement De plus, la distance S est telle qu'elle permet d'appli- quer la bobine 6 autour de la patte de transmission 3. Afin de pouvoir utiliser de façon optimale la méthode d'en- registrement magnétique perpendiculaire, il faut que la dimension W 1 se situe de préférence entre 2 et 20/um, une dimension de 5 1 um constitue dans ce cas une valeur caractéristique, alors que la dimension d se situe de préférence entre 0,1 et 1 um, une dimen- sion de 0,2/um constitue dans ce cas une valeur caractéristique. La figure 2 montre le champ d'enregistrement H (le champ qui est engendré par la tête 11 dans le cas d'excitation de la bobine 6 par l'intermédiaire des fils de connexion 9, 10), mesuré dans la -6- direction x Dans la région R 1, qui correspond à l'endroit de la patte de transmission 3, le champ d'enregistrement est très intense, alors que dans la région R 2, qui correspond à l'endroit de la patte de retour de flux 4, le champ est tellement inférieur qu'il ne se produit pas d'enregistrement Du fait que dans le cas d'angles a Igus, il se produit une forte singularité dans le champ d'enregistrement, ce qui risque d'aboutir à l'enregistrement, les angles 12, 13 de la patte de retour de flux 4 sont arrondis Toutefois, lors des opéra- tions de lecture, l'information éventuellement lue sera réduite à la moyenne, grâce à la grande section de "captation" de la patte de re- tour de flux 4 et ne contribue pas de façon efficace au signal lu par la patte de transmission 3. Conformément à l'invention, la couche magnétique 7 contient un alliage de Co-Cr additionne d'une très petite quantité de Pt La couche présente une épaisseur d'environ 500 nm. L'examen décrit par Maeda ( 2) révèle que dans les films de Co-Cr appliqués par évaporation il peut se former, outre la phase hexagonale (hep) également une phase tétragonale La nucléation si- multanée et la croissance de hcp et de cristallites tétragonales em- pêchent la réalisation d'une microstructure dans laquelle les cris- tallites de la phase hep présentent une direction de croissance, dont l'axe c s'étend perpendiculairement à la surface du substrat Cette phase tétragonale gênante peut être supprimée par l'application de basses températures de substrat ( 130-150 'C) Étant donné le fait que l'application par évaporation entraîne toujours l'échauffement du substrat, l'établissement requis de si basses températures de subs- trat est difficile Comme le décrit Maeda et al ( 2), de si basses températures de substrat entraînent le risque qu'outre les susdites phases, il peut se produire une phase fec au détriment de la phase hep requise La présence de cette phase fcc est extrêmement gênante, du fait qu'il en résulte une direction de croissance lloil perpendi- culaire au substrat de la phase hep, de sorte que la direction préfé- rentielle perpendiculaire se perd évidemment. La présente invention est basée sur le fait que les vites- ses de la nucléation et la croissance peuvent être fortement influen- cées par addition de Pt. L'addition de notamment plus de 1 % de Pt a permis de sup- -7- primer la formation de la phase tétragonale et de la phase foc Un examen des films métalliques effectué à l'aide de rayons X a revélé que l'orientation des cristallites correspond à une direction selon laquelle leur axe c hexagonal s'étend perpendiculairement au plan du substrat Ce qui est curieux c'est l'accroissement énorme de la ma- gnétisation de saturation (plus de 100 %) dans le cas d'addition de seulement 2 % de Pt). Un exemple des résultats de mesure magnétique se perçoit sur la figure 3 D'autres résultats sont résumés dans le tableau II. Tableau II La figure 3 montre la boucle d'hystérésis à la température ambiante normale d'une couche de Co Cr Pt d'une é- 0,78 0,22 0,02 paisseur d'environ 500 nm appliquée par évaporation sur un support non magnétique en matière synthétique par exemple, comme du polyes- ter La valeur de la rémanence perpendiculaire-R dépasse nettement la valeur de la rémanence parallèle O Ri X ce qui rend l'alliage en question par excellence approprié au procédé d'enregistrement per- pendiculaire. Lorsque la couche contient moins de 1 % en atomes de Pt,_l ne dépasse pas o R La couche avait été réalisée de la façon suivante Sur un substrat en verre, disposé dans une cloche à vide très élevé, fut déposé un mélange de vapeur des métaux Co, Cr et Pt Le mélange de DO 1-x Crx Pty gs (G) Hc O (Oe) H Ic l (Oe) K= 0,25 y= 0,05 522 1100 700 0,23 0,05 880 1500 600 0,25 0,03 880 1250 600 0,22 0,03 1050 900 500 0,28 0,03 723 800 400 0,18 0,03 746 1000 500 0,22 0,02 522 1000 500 0,18 0,02 676 900 350 0,22 0,01 494 350 350 -8- vapeur fut obtenu à l'aide de trois vaporisateurs à rayons électroni- ques séparés, dont les vitesses d'évaporation pouvaient être réglées indépendamment à l'aide d'oscillateurs à cristaux de quartz La tem- pérature du substrat était d'environ 2500 C La disposition géométri- que des trois sources (vaporisateurs) peut être représentée à l'aide d'un triangle équilatéral, une source étant représentée à chacun des angles Le substrat se trouve verticalement au-dessus du centre de gravité du triangle à une distance d'environ 30 cm de la source. L'angle d'incidence du flux de vapeur par rapport à la normale à la surface du substrat est d'environ 15 degrés Les vitesses d'évapora- tion variaient entre 10 et 20 A/sec La pression de base régnant dans la cloche à vide très élevé pour l'évaporation était supérieure à 1.3 10-8 Pa et lors de l'évaporation elle était supérieure à 1.1 076 Pa. Le processus décrit ci-dessus se prête particulièrement aux essais à l'échelle du laboratoire dans le cas o l'on veut modifier la composition des couches appliquées par évaporation Pour la pro- duction à l'échelle industrielle, le processus convient cependant moins si, lorsqu'on a décidé d'utiliser une composition déterminée, on veut utiliser une seule source d'évaporation constituée par un alliage des métaux en question Outre l'application par évaporation, la pulvérisation entre également en ligne de compte pour l'applica- tion des couches sur un substrat. -9- REVENDICATIONS 1 Milieu d'enregistrement magnétique comportant un support en matériau non-magnétique dont une face principale supporte une couche continue en matériau magnétique contenant comme composants princi- paux Co et Cr, couche qui présente une anisotropie magnétique perpen- diculaire à la surface principale, caractérisé en ce que la couche contient également du Pt dans une quantité supérieure à 1 % en atomes jusqu'au maximum 5 % en atomes. 2 Milieu d'enregistrement selon la revendication 1, caracté- risé en ce que la couche contient 15 à 30 % en atomes de Cr.