Brevet FR2601488A1 — publié le 19880115

_ - 2601488 PROCEDE POUR REMEDIER AU VIEILLISSEMENT D'UN MILIEU D'ENREGISTREMENT MAGNETOOPTIQUE. La présente invention concerne un procédé pour remédier au vieillissement d'un milieu d'enregistrement magnétooptique. Elle est plus particulièrement applicable aux mémoires à disques magnétooptiques. On sait que les mémoires à disques magnétooptiques sont des mémoires o les informations sont portées par des disques magnétiques et lues par des dispositifs optoélectroniques. Ces mémoires à disques sont des 10 solutions très interessantes puisqu'elles permettent d'obtenir des densités radiale et longitudinale de l'ordre respectivement de 10000 pistes par centimètre et 10000 informations par centimètre. (La densité radiale est le nombre- d'informations par unité de longueur mesurée suivant le diamètre du disque alors que la densité longitudinale est le nombre d'informations par unité de longueur mesurée suivant la circonférence d'une piste). Dans les mémoires magnétooptiques, un mode d'écriture des 20 informations souvent utilisé est le mode dit "thermo-magnétique" qui consiste à combiner l'effet thermique dû à l'impact d'un faisceau laser sur la surface d'enregistrement du disque magnétique et l'application D'un champ magnétique à l'endroit de l'impact, des rappels 25 sur le mode d'écriture "thermo-magnétique" étant effectués dans le brevet français N 2514913 déposé par la Compagnie Internationale pour l'informatique Cii Honeywell Bull le 16 Octobre 1981. A l'endroit de l'impact du faisceau laser, l'échauffement du milieu magnétique est de l'ordre 30 de quelques dizaines de degrés, et peut même dépasser la centaine de degrés. Le mode de fonctionnement des mémoires à disques magnétooptiques repose sur l'effet magnétooptique. Ce 35 dernier est caractéristique de certains matériaux -2 magnétiques notamment les alliages comportant un métal de la première série de transitions (Fe-Co-Vn-Cr-Mn) et un des métaux du groupe des terres rares lourds tel que le terbium ou le gadolinium ou le dysprosium. L'effet magnétooptique de ces matériaux magnétiques concerne l'interaction d'une lumière polarisée rectiligne avec l'état magnétique du matériau. Cette interaction peut avoir lieu par transmission de la lumière à travers le 10 matériau et alors l'effet magnétooptique est appelé effet Faraday. Elle peut également avoir lieu par réflexion sur le milieu d'enregistrement magnétooptique et l'effet magnétooptique est alors appelé effet Kerr. L'interaction d'une lumière polarisée rectiligne avec l'état magnétique du matériau magnétique d'enregistrement d'une mémoire magnétooptique a pour conséquence la rotation du vecteur champ électrique dans le plan perpendiculaire à la direction de propagation de la 20 lumière. Le sens de cette rotation est fonction de cet état magnétique (défini notamment par le sens de l'aimantation dans le matériau à l'endroit o celui-ci reçoit la lumière polarisée rectiligne). Pour lire les informations enregistrées sur un milieu magnétique 25 d'enregistrement magnétooptique il suffit alors de détecter le sens de rotation du vecteur champ électrique. De plus amples détails sur la manière dont peuvent être lues des informations dans une mémoire magnétooptique, 30 sont décrites dans le brevet N 2.514.913 précité. On connait des milieux magnétiques d'enregistrement dont les propriétés sont telles que le rapport signal/bruit du dispositif optoélectronique de lecture associé à ce milieu 35 est élevé. De tels milieux sont par exemple décrits dans l'article de G.A.N. CONNEL, R. ALLEN et M.MANSURIPUR du - 3 Centre de Recherche de la Firme XEROX de Palo Alto aux U.S.A et ayant pour titre "Interference enhanced Kerr Spectroscopy for very thin absorbing films-applications to amorphous terbium iron" publié dans le Journal of Magnetism of magnetic materials N 35 de 1983 de la North Holland Publishing Company. Un tel milieu à propriétés magnétooptiques, est multicouches. Il comprend successivement une couche 10 réflectrice, généralement métallique, disposée sur un substrat, une première couche diélectrique, une couche en matériau magnétique ayant des propriétés magnétooptiques, à savoir un alliage de préférence comportant du fer ou du cobalt, et un terre rare lourd par exemple du terbium ou js du gadolinium, et une seconde couche diélectrique. Le mode de fonctionnement d'un tel milieu multicouches est rappelé dans la demande de brevet français N 84.03113 dont le titre est "Milieu d'enregistrement magnétooptique" déposée par la Compagnie demanderesse le 29 Février 1984. 20 On rappelle que l'épaisseur des couches d'un tel milieu est de l'ordre de quelques dizaines à quelques centaines d'Angstr8ms et peut même atteindre un à deux milliers d'Angstr8ms et que la couche magnétique est anisotroDe 25 avec son axe de facile aimantation perpendiculaire à sa surface. Dans la demande de brevet précitée on indique que de tels milieux magnétiques d'enregistrement ont un inconvénient majeur à savoir que leurs propriétés magnétiques ne restent pas constantes dans le temps. En 30 particulier, suivant que la teneur de départ X en terre rare de l'alliage fer-terre rare constituant la couche magnétooptique est inférieure ou supérieure à une valeur déterminée propre à chaque alliage, appelée composition de compensation Xcomp, on observe que: 35 - si X Xcomp' on observe que le champ coercitif Hc croît avec le temps, puis diminue, après que la composition X soit devenue inférieure à Xcomp5 Ce phénomène est gênant car le champ coercitif du milieu magnétique d'enregistrement doit rester compris entre certaines limites par exemple entre 500 et 1000 Oersteds. Pour simplifier, dans la suite de la description on appellera cette détérioration des propriétés magnétiques du milieu d'enregistrement multicouches au cours du temps, vieillissement du milieu d'enregistrement. La demande de brevet N 84.03113 précitée décrit et 15 revendique des solutions permettant de remédier à cet inconvénient. L'une des solutions adoptées consiste à utiliser une couche diélectrique de protection du milieu formée 20 d'alumine dont l'épaisseur doit être supérieure à 600 AngstrOms. On a pu observer que sur une période de temps égale à 1000 heures, les propriétés magnétiques d'un tel milieu recouvert d'une couche diélectrique d'alumine restaient satisfaisantes à la température ambiante. 25 Toutefois, on a constaté que la résistance au vieillissement de ce milieu se détériore lorsqu'on l'utilise à des températures supérieures à la température ambiante, d'autant plus que la température d'utilisation 30 est élevée. En d'autres termes, plus la température d'utilisation du milieu est élevée, plus les propriétés magnétiques du milieu se détériorent. Ceci est extrêmement gênant lorsqu'on utilise le mode 35 d'écriture thermo-magnétique. -5 La présente invention permet de remédier à cet inconvénient en renforçant considérablement la résistance au vieillissement des milieux magnétooptiques à base de métal de transition - terres rares, recouvert d'une couche 5 d'alumine, quelle que soit la température d'utilisation de ces milieux. Selon l'invention, le procédé pour remédier au vieillissement d'un milieu d'enregistrement magnétooptique 10 comprenant au moins une couche magnétique formée d'un alliage comportant un métal du groupe des terres rares lourds et un métal du groupe de la première série de transition recouverte d'une couche d'alumine A1203 est caractérisé en ce que, dans le but d'améliorer la 15 résistance au vieillissement magnétique du milieu d'enregistrement magnétooptique, après avoir déposé celuici sous vide à température ambiante, on le soumet à un recuit. De préférence, ce recuit est effectué à une température de l'ordre de 200 C, pendant une demi-heure. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention appraltront dans la description suivante donnée 25 à titre d'exemple non limitatif et en se référant aux dessins annexés. Sur ces dessins: - la figure 1: montre un milieu magnétique 30 d'enregistrement multicouches tel que décrit dans la demande de brevet 84. 03113 précitée; - la figure 2: est une courbe rappelant la variation du champ coercitif d'un milieu magnétique d'enregistement selon l'art antérieur tel que celui montré à la figure 1, 35 pour une épaisseur donnée de la couche magnétique qui rentre dans sa composition, en fonction de la teneur en terre rare de l'alliage constituant la couche magnétique du milieu d'enregistrement magnétooptique; - la figure 3: montre comment l'on peut déterminer les caractéristiques définissant le vieillissement d'un milieu d'enregistrement magnétotoptique tel que celui montré à la figure 1. On considère la figure 1 qui montre un milieu d'enregistrement vu en coupe tel que décrit dans la 10 demande de brevet 84.03113 précitée auquel s'applique le procédé selon l'invention. Un tel milieu d'enregistrement magnétooptique comprend: - un substrat SUBS, de préférence en matière isolante 15 amagnétique, - une couche réflectrice de la lumière REFLECTI, de préférence réalisée en un matériau métallique par exemple de l'aluminium, - une première couche diélectrique DIELI1, - une couche magnétique CMI ayant des propriétés magnétooptiques, réalisée de préférence en un alliage de fer ou de cobalt et d'un métal du groupe des terres rares lourds, tel que le terbium ou le gadolinium, - une seconde couche diélectrique DIELI2 réalisée de 25 préférence dans le même matériau que la première couche diélectrique DIELI1. L'épaisseur de la première couche diélectrique est comprise entre 200 et 1500 Angstr5ms alors que l'épaisseur 30 de la seconde couche diélectrique est supérieure à 600 Angstr8ms. Ces deux couches diélectriques sont réalisées par exemple en alumine A1203. Le milieu magnétooptique décrit ci-dessus en référence à 35 la figure 1 constitue un système optique interférentiel dont le mode de fonctionnement est décrit par exemple dans l'article de G.A.N. CONNEL, cité précédemment. -7. On considère désormais la figure 2 qui montre la courbe de variation du champ coercitif Hc en fonction de la composition de l'alliage constituant la couche magnétique CMI. Cette courbe est établie pour une épaisseur de la 5 couche magnétique égale à 2000 angstr8ms et a été relevée immédiatement après la fabrication du milieu d'enregistrement magnétooptique MEMOI. Le champ coercitif mesuré est le champ coercitif dit champ 10 coercitif magnétooptique dont le mode d'obtention est décrit dans la demande de brevet 84.03113 précitée. On voit que la courbe Hc = f(X) se décompose en deux courbes, à savoir fX et f+X 15 La première courbe f_(X) est obtenue pour les valeurs de X inférieures à une composition dite composition de compensation Xcomp, pour laquelle le champ coercitif magnétooptique Hc a une valeur très grande, impossible à 20 mesurer pratiquement. On voit que la courbe f_(X) est une courbe qui croit en fonction de X. A l'inverse la courbe f+(X) obtenue pour les valeurs de X supérieures à Xcomp décroît en fonction de X. Dans la pratique courante la composition de l'alliage ferterre rare qui constitue la couche magnétique est différente -de la composition de compensation, en étant inférieure ou supérieure à celle-ci. 30 Le phénomène de vieillissement d'une couche magnétooptique en fer-terre rare du type de celle montrée à la figure 1 se traduit par une diminution du champ coercitif, si X est inférieur à Xcomp, par une augmentation suivie d'une 35 diminution si X est supérieur à Xcomp. Dans les deux cas, cela est dû à une diminution de la teneur en Terre Rare de la couche magnétique CMI. Dans la pratique, le vieillissement d'une couche magnétooptique se mesure de préférence de la manière suivante. On établit la courbe de variation de l'inverse du champ coercitif 1/Hc en fonction du logarithme du temps log t. Une telle courbe est montrée à la figure 3, correspondant à un milieu d'enregistrement pour lequel X de la température T d'utilisation du milieu. Il convient donc de déterminer' 1 et/ou? 2 pour chacune des courbes 1/Hc en fonction de logt obtenue pour une température donnée T. Nous appellerons dans la suite du texte 1 i (T) et 2 (T) les fonctions qui donnent respectivement l'évolution des temps caractéristiques T 1 35 et T 2 en fonction de la température T. Chacune de ces fonctions suit la loi d'Arrhénius et l'on a -9 1 (T) = ' 01 exp (Wl/kT) 2 (T) = T' 02 exp (W2/kT) o k est la constante de Boltzmann, W1 et W2 sont appelées énergies d'activation et'T 01 et'> 02 des constantes de temps. Si l'on mesureT 1 (T) etT 2 (T) à différentes températures, on peut déterminer T' 01 etT 02, W1 et W2 et à partir de là la valeur del 1 (T) etT 2 (T) pour n'importe quelle température. Dans la demande de brevet précitée on a décrit un milieu analogue au milieu MEMOI montrée.à la figure 1 et établi qu'un tel milieu magnétooptique dont la couche diélectrique DIELI2 était constituée d'alumine permettait de remédier de façon relativement satisfaisante au vieillissement à température ambiante. La couche d'alumine est déposée, par exemple par 20 évaporation sous vide, au moyen d'un canon à électrons, à la température ambiante, de la même manière que le substrat SUBSI, la couche REFLECTI, la première couche diélectrique DIELI1 et la couche magnétooptique CMI et immédiatement après cette dernière. Un tel procédé 25 d'obtention de la couche d'alumine et du milieu MEMOI est par exemple décrit dans l'article de M. URNER-WILLE, IEEE Transaction ou Magnetics, MAG - 17 (b) 3214 (1981). Le milieu MEMOI peut être également déposé par 30 pulvérisation cathodique Radio-Fréquence, à température ambiante, comme décrit dans la thèse de Dominique Jeanniot "Préparation et caractérisation de couches minces anisotropes de CoCr et de a - Fe Tb Gd pour enregistrement magnétique perpendiculaire" soutenue le 21 Novembre 1983 35 et présentée à l'université Pierre et Marie Curie PARIS 6. - 10 Toutefois, si la résistance au vieillissement d'un tel milieu d'enregistrement magnétooptique dont la couche diélectrique DIELI2 est constituée d'alumine est satisfaisante pour des températures de l'ordre de la 5 température ambiante (27 C), elle diminue considérablement avec la température. Ainsi, pour l'échantillon 4 obtenu, selon l'un des deux procédés indiqués ci-dessus (voir tableau 1 joint en annexe) on a pu calculer que si la quantité T 2 (27 C) était égale à 2350 ans, la quantitéZ '2 (70 C) se réduit à 11, 4 ans et T 2 (150 C) tombe à 3, 7 jours. La demanderesse a découvert de manière surprenante, qu'en 15 pratiquant un recuit du milieu MEMOI montré à la figure 1 effectué à une température de 200 C sous vide immédiatement après le dépôt de celui-ci (dans la même enceinte à vide), la résistance du milieu d'enregistrement MEMOI au vieillissement était considérablement renforcée 20 ainsi qu'on peut s'en rendre compte en considérant le tableau I donné en annexe. Ainsi, pour l'échantillon 3 ayant subi un tel recuit pendant une demi heure, la valeurT 2 (27 C) est de 6800 ans, soit environ 3 fois supérieure à la valeur'T 2 (27) pour l'échantillon 4 (les 25 échantillons 1,2, 3 et 4 sont constitués de la même manière mais ont subi des recuits à 200 C de durée différente, l'échantillon 4 n'ayant subi aucun recuit, l'échantillon 3 ayant subi un recuit de 30 minutes, l'échantillon 2 un recuit d'un heure et 30 minutes, ainsi 30 que l'échantillon 1). Pour l'échantillon 3 la valeur'T 2 (70 C) est de 37 ans, là aussi supérieure de plus de trois fois à la valeur 2 (70 C) pour l'échantillon 4, alors que 2 (150 C) pour l'échantillon 3 est de 14 jours soit environ trois fois supérieure à r 2 (150 C) pour l'échantillon 4. - 11 Si l'on considère l'échantillon 2, on peut observer également que les temps caractéristiques 2 (27 ),'\ 2 (70 ), T 2 (150 ) restent supérieurs aux temps caractéristiques correspondants de l'échantillon 4. Des 5 observations analogues peuvent être faites pour l'échantillon 1 plus spécialement pour les temps caractéristiquesT 2 (70 ) etT' 2 (150 ). On observe que le temps de recuit le plus favorable est de 10 30 minutes puisqu'il permet d'obtenir pour l'échantillon 3 des temps caractéristiques'2 qui restent satisfaisants, y compris pour des températures de fonctionnement très élevées. Des constatations analogues aux précédentes peuvent être faites si l'on consi-dère les valeursT 1 (270C),-Z 1 (70 C) etCT 1 (150 C) pour chacun des échan-tillons 1,2,3. Les valeurs deT'l, restent satisfaisantes. En effet, si l'on considère que la durée de l'écriture d'une 20 information selon le mode thermomagnétique est de 60 nanosecondes, et que l'on fasse une opération d'écriture d'un même point d'un disque toutes les 16 millisecondes (temps de révolution correspondant à un tour du disque), ce qui est le cas le plus défavorable, on voit qu'on peut 25 écrire un nombre considérable de fois, avant que le temps total d'écriture soit égal à 1. Cela donne pour chaque disque une durée de vie opérationnelle suffisante. On voit donc qu'un recuit à une température de l'ordre de 30 200 C pendant un temps de l'ordre de 30 minutes pouvant aller jusqu'à une heure et demie permet d'améliorer considérablement la résistance au vieillissement des milieux d'enregistrement magnétoptiques tel que le milieu MEMOI o la couche diélectrique DIELI2 est constituée 35 d'alumine. Cela permet d'utiliser de tels milieux jusqu'à des températures de fonctionnement très élevées. f2- 2601488 Revendications: 1) Procédé pour remédier au vieillissement d'un milieu d'enregistrement magnéto-optique (MEMOI) comprenant au moins couche magnétique (CMI) formée d'un alliage comportant un métal du groupe des terres rares lourds et 5 un métal du groupe de la première série de transition, recouverte d'une couche d'alumine (DIELI2) A1203 caractérisé en ce que dans le but d'accroitre la résistance au vieillissement magnétique du milieu d'enregistrement magnétooptique, après avoir déposé celui10 ci sous vide, à température ambiante, on le soumet à un recuit. 2) Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la durée du recuit est effectuée à une température voisine de 200 C. 3) Procédé selon l'une des renvendications 1 ou 2 caractérisé en ce que la durée du recuit est sensiblement égale à une demi-heure. 4) Milieu d'enregistrement magnétooptique (MEMOI) caractérisé en ce qu'il est obtenu selon le procédé de la revendication 1 ou 2 ou 3. 5) Disque magnétooptique caractérisé en ce qu'il comprend un milieu magnétooptique selon la revendication 4. 6) Mémoire à disque magnétooptique caractérisée en ce qu'elle comprend un disque magnétique selon la 30 revendication 5. ANNEXE Echantillon 1 2 3 4 Durée 1H30 1H30 - 30' O Recuit 200 C W1 ev 0,98 1,16 1,16 non mesurablE W2 ev 1,058 1,064 1,076 1, 1 01 (heures) 6,3 10-11 3,4 10-13 3,4 10-13 non calculé fl02(heures) |3, 48 10-11 | 4,06 10-11 5,2 10-11 7,1 10-12 1 (27 C) 202 1144 1144 non mesurablE années 2 (27 C) 2270 3340 6800 2350 années ' 1 (70 C) 1,7 4,15 4,15 non mesurablE années 2 (70éC) 13,5 19,2 37 11,4 années 1 (150 C) 29 22 22 non mesurablE heures 2 (150 C) 5,7 7,8 14 3,7 jours N.B.: Pour l'échantillon 4, les valeurs de rT 1 sont non mesurables: il n'y a pratiquement pas de palier Cl (se référer à la figure 3). -