Brevet FR2625590A1 — publié le 19890707

ln- 2625590 MILIEU MAGNETOOPTIQUE D'ENREGISTREMENT RESISTANT A LA CORROSION EN ATMOSPHERE HUMIDE La présente invention concerne un milieu magnétooptique d'enregistrement résistant à la corrosion en atmosphère humide. Elle est plus particulièrement applicable aux mémoires à disques magnétooptiques. Les mémoires à disques magnétooptiques sont des mémoires o les informations sont enregistrées sur des disques magnétiques et lues par des dispositifs opto-électroniques. L'évolution technologique est telle que l'on tend à utiliser de telles mémoires qui permettent d'obtenir des densités radiales de l'ordre de quelques milliers de pistes par centimètre et des densités longitudinales de 10.000 informations par centimètre. Le mode de fonctionnement d'une mémoire à disque magnétooptique repose sur 1 'effet magnétooptique. Ce dernier est caractéristique de certains matériaux magnétiques notamment les alliages comportant un ou plusieurs métaux de la première série de transition (Fe - Co - Vn - Cr - Mn) et un ou plusieurs métaux du groupe des Terres Rares lourds tels que le terbium, le gadolinium, ou encore le dysprosium. L'effet magnétooptique de tels matériaux concerne l'interaction d'une lumière polarisée rectiligne avec l'état magnétique du matériau, cet interaction pouvant avoir lieu soit par transmission de la lumière à travers le matériau (l'effet magnétooptique est alors appelé effet Faraday), soit par réflexion sur le matériau (l'effet magnétooptique est alors appelé effet Kerr). Cette interaction a pour conséquence la rotation du vecteur champ électrique dans le plan perpendiculaire à la direction de propagation de la lumière. Le sens de cette rotation est fonction de l'état magnétique du matériau (celui-ci étant défini notamment par le sens de l'aimantation à l'endroit o le matériau reçoit la lumière polarisée rectiligne). Pour lire les informations enregistrées sur un milieu magnétique d'enregistrement magnétooptique, il suffit donc de détecter ce sens de rotation du vecteur champ électrique. De plus amples détails sur l'effet magnétooptique et sur la manière dont peuvent être lues les informations contenues sur les disques magnétiques d'une mémoire magnétooptique sont donnés par exemple dans le brevet 26ú55 l0 -2- français 2.514.913 déposé. par la Compagnie Internationale pour l'Informatique CII HONEYWELL BULL le 16 octobre 1981. (Le brevet US correspondant est le brevet 4.510.544). Les recherches actuelles s'orientent vers l'obtention de milieux magnétooptiques d'enregistrement dont les propriétés sont telles que le rapport signal/bruit du dispositif opto-électronique de lecture associé à ce milieu est élevé. A cet effet, il est par exemple nécessaire que la rotation e k par effet Kerr, l'indice de réfraction du milieu, sa transparence à la lumière, et sa résistance à la corrosion aussi bien en atmosphère sèche qu'en atmosphère humide, soient les meilleurs possibles. Par ailleurs, on sait que la plupart des milieux magnétiques d'enregistrement magnétooptique dont la composition est celle indiquée ci- dessus, ont un inconvénient majçur, à savoir que leurs propriétés magnétiques ne restent pas constantes dans le temps. En particulier, suivant que la teneur de départ X'en Terres Rares de l'alliage entre métaux de la première série de transition et Terres Rares lourds est inférieure ou supérieure à une valeur déterminée propre à chaque alliage, appelée composition de compensation Xcomp, on observe que: Si X entre 500 et 1500 oersteds. Pour simplifier, dans la suite de la description, on appellera cette détérioration des propriétés magnétiques du milieu d'enregistrement magnétooptique au cours du temps, vieillissement du milieu d'enregistrement. - 3- Il est donc clair que les milieux d'enregistrement magnétooptiques que l'on cherche à obtenir doivent présenter une résistance au vieillissement la plus élevée possible, c'est-à-dire qu'ils doivent conserver leurs propriétés magnétiques d'origine sur une période de temps la plus étendue possible. On connaît de tels milieux magnétiques d'enregistrement. L'un d'eux est constitué d'un alliage à base de fer, terbium, gadolinium, cobalt (alliage Fe - Tb -Gd - Co) muni d'une couche de protection en nitrure d'aluminium AIN. Un tel milieu d'enregistrement magnétooptique MMO est représenté à la figure 1. Il comprend donc une couche magnétooptique CMO en alliage Fe - Tb - Gd - Co d'épaisseur el recouverte d'une couche de protection diélectrique DIEL en nitrure d'aluminiun AlN, d'épaisseur e2 De préférence, e1 est de 1 'ordre de 200 à 2000 angstrôms, alors que e2 est de l'ordre de quelques centaines d'angstrôms, de préférence autour de 800 angstr6ms. La couche magnétooptique CMO est déposée sur un substrat SUBS. Les couches CMO et DIEL sont déposées, par exemple, par évaporation sous vide, au moyen d'un canon à électrons, à la température ambiante. Un tel procédé est décrit par exemple dans l'article de M. URNER-WILLE, IEEE, Transaction on Magnetics, MAG - 17 (b) 3214 (1981). Un tel milieu MMO présente une très bonne résistance au vieillissement, comme le montre les figures C1, C2, C3, C4, de la figure 2. Chacune de ces courbes montre l'évolution du cnamp coercitif Hc mesuré en oersteds en fonction du temps mesuré en heures. Ces courbes C1 à C4 sont respectivement obtenues pour des températures T1, T2, T3, T4 égales à 170 C, 205 C, 230 C, 245 C à la pression atmosphérique. On voit que le champ coercitif Hc décroit de manière peu significative au cours du temps. Au bout de mille heures de vieillissement, le champ coercitif a décru pour chacune de ses courbes de moins de 100 oersteds par rapport à une valeur de départ comprise entre 1300 et 1600 oersteds. - 4 - Du fait des conditions d'expérience indiquées ci-dessus (températures élevées, pression atmosphérique), on peut affirmer que les courbes C1 à C4 ont été obtenues en atmosphère sèche. Le champ coercitif Hc mesuré est le champ coercitif magnétooptique qui est obtenu de la manière décrite dans le brevet français 2.560.419 dont le titre est "Milieu d'enregistrement magnétooptique" déposé par la Compagnie Internationale pour l'Informatique CII HONEYWELL BULL le 29 février 1984. (Le numéro du brevet US correspondant est 4.666.789). Par ailleurs, la couche de protection en nitrure d'aluminium permet d'accroître la rotation par effet Kerr, présente une bonne transparence à la lumière et a de bonnes propriétés mécaniques, comme le montre l'article "Corrosion-resistant protective overcoat for magnetooptical media", 1986 International Magnetics conference (INTERMAG), Phoenix, AZ, USA, 14-17 avril 1986. Dans cet article, le milieu magnétooptique décrit est composé de Fer et de Terbium. La résistance au vieillissement est optimale et est due à la couche en nitrure d'aluminium. Le principal inconvénient des milieux d'enregistrement magnétooptique MMO tel que celui présenté à la figure 1 est le suivant: On a pu observer, qu'en atmosphère humide (de l'ordre de 85 % de degré d'hygrométrie) des points de corrosion apparaissaient au bout de quelques centaines d'heures après la constitution du milieu d'enregistrement, ces points de corrosion se transformant ensuite au bout de quelques autres centaines d'heures en une détérioration complète de la couche de protection de nitrure d'aluminium puis de la couche magnétooptique CMO, à l'endroit des points de corrosion. Ce phénomène physique est d'autant plus désavantageux que les matériels informatiques et notamment les matériels périphériques d'ordinateur dont font partie les mémoires à disques magnétooptiques sont soumis à des normes d'utilisation sévères, et doivent pouvoir fonctionner sans dommage en atmosphère humide. - 5 - La présente invention permet de remédier à ces inconvénients en évitant la destruction de la couche diélectrique en nitrure d'aluminium et de la couche magnétooptique, en disposant une couche de protection en mono ou dioxyde de silicium au-dessus de la couche de nitrure d'aluminium. Selon l'invention, le milieu magnétooptique d'enregistrement multicouches comprenant au moins une couche magnétique formée d'un alliage comportant au moins un métal du groupe des Terres Rares et un métal du groupe de la première série de transition recouverte d'au moins une couche diélectrique en nitrure d'aluminium, est caractérisé en ce que, dans le but de protéger le milieu magnétooptique de la corrosion en atmosphère humide, la couche diélectrique est recouverte d'une couche d'oxyde de silicium ayant une épaisseur supérieure ou égale à 200 angstr6ms. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaitront dans la description suivante donnée à titre d'exemple non limitatif et en se référant aux dessins annexés. Sur ces dessins: La figure 1 montre un milieu magnétooptique d'enregistrement (Fe - Tb - Gd -Co) recouvert d'une couche diélectrique en nitrure d'aluminium, À La figure 2 est un ensemble de quatre courbes montrant comment évolue le champ coercitif magnétooptique du milieu de la figure 1 en fonction du temps, en atmosphère sèche, La figure 3 montre un disque magnétooptique comprenant six secteurs comprenant chacun une couche de protection différente du milieu d'enregistrement magnétooptique MMO de la figure 1 en vue de tester la corrosion de chacun de ces secteurs en atmosphère humide, La figure 4 montre le milieu magnétooptique d'enregistrement selon l'invention, La figure 5, composée des courbes C5, C6, C7, C8 montre l'évolution du champ coercitif magnétooptique Hc de différents milieux magnétooptiques - 6 - d'enregistrement tels que ceux de la figure 1, recouverts chacun d'une couche de protection différente. Ainsi qu'il a été dit plus haut, le milieu MMO montré à la figure 1, subit des détériorations en atmosphère humide (de l'ordre de 85 % de degrés d'humidité). Ces détériorations pouvant aller jusqu'à la destruction complète du film magnétooptique au bout de plusieurs centaines d'heures d'existence de ce dernier. On observe que la couche de protection en nitrure d'aluminium est d'abord détruite localement en une pluralité de points, et qu'ensuite cette destruction s'étend à l'ensemble du milieu magnétooptique d'enregistrement. Bien qu'il soit difficile, sinon impossible expérimentalement d'établir le phénomène physico-chimique qui produit cette détérioration, l'hypothèse la plus vraisemblable est qu'il se produit la réaction chimique suivante: AlN + 2H20 ------> AlOOH + NH3 Ce phénomène de corrosion est donc dû exclusivement au comportement du nitrure d'aluminium en atmosphère humide et n'est pas lié à la composition de l'alliage formant le matériau magnétooptique, ni à sa structure. Il est donc évident que des phénomènes de corrosion analogues peuvent se produire si le matériau magnétooptique a une structure multicouches, par exemple quadricouches, ces milieux multicouches étant bien connus et par exemple décrits dans l'article de G. A. N. CONNEL, R. ALLEN, et M. MANSURIPUR, ayant pour titre "interference enhanced Kerr spechoscopy for very thin absorbing films applications to amorphous terbium-iron" publié dans le Journal of Magnetism and Magnetic Materials N 35 de 1983, de la North Holland Publishing Company. Pour remédier au phénomène de corrosion du milieu magnétooptique comportant une couche de protection de nitrure d'aluminium, diverses couches. de protection ayant une composition physico-chimique différente ont été envisagées pour recouvrir la couche de nitrure d'aluminium. Le comportement de ces différentes couches de protection a été étudié pendant une durée de l'ordre de 1000 heures, (après constitution du milieu magnétooptique), -7- notamment en ce qui concerne la résistance à la corrosion par l'humidité, d'une part, et en ce qui concerne le vieillissement magnétique d'autre part. Le dispositif expérimental utilisé est représenté à la figure 3. Il consiste en un disque dont le milieu magnétooptique d'enregistrement est analogue au milieu MMO représenté à la figure 1, et qui a été recouvert en différents secteurs soit par de l'alumine AL203, soit par du dioxyde de silicium SiO2, soit par du monooxyde de silicium SiO. Le nombre de secteurs choisis a été de six. Ces différents secteurs ont été déposés par évaporation sous vide au moyen d'un canon à électrons par exemple de la manière indiquée plus haut (article de M. URNER-WILLE) à une vitesse de dép6t de 3 angstroems par seconde. Après qu'ils aient été déposés, chacun des six secteurs S1, S2... ..., S6 a été découpé pour constituer autant d'échantillons dont les capacités de résistance à la corrosion par..DTD: l'humidité et au vieillissement magnétique ont été analysés. Les secteurs S1 et S2 ont été revêtus chacun d'une couche de protection d'alumine, dont l'épaisseur est respectivement de 200 et 600 angstrôms. Les deux secteurs S3 et S4 sont revêtus d'une couche de protection en dioxyde de silicium SiO2, dont l'épaisseur est respectivement de 200 et 600 angstrâms. Les deux secteurs 55 et S6 sont revêtus d'une couche de protection en monooxyde de silicium SiO, d'épaisseurs respectives égales à 200 et 600 angstrâms. La procédure expérimentale d'analyse de la résistance à la corrosion et de la résistance au vieillissement magnétique a été conduite en effectuant des observations optiques de l'aspect des différents secteurs S1 à S6 au cours du temps d'une part, et d'autre part en mesurant le champ coercitif magnétooptique par observation du cycle d'hystérésis magnétooptique, selon la méthode indiquée dans le brevet français 2.560.419 précité. A/ Résultats obtenus avec le milieu magnétooptique Fe - Tb - Gd - Co/AIN recouvert avec de l'alumine (secteur S1 et S2): - 8 - Il n'a pas été possible d'obtenir le cycle d'hystérésis magnétooptique pour les secteurs S1 et S2. Au bout de 720 heures de soumission des échantillons S1 et S2 à une atmosphère humide, des points de corrosion sont apparus sur chacun de ces échantillons. Au bout de 1000 neures de soumission à la corrosion par l'humidité, l'échantillon S2 a montré plusieurs trous dus à la corrosion et S1 un nombre encore plus grand. En conclusion, on voit qu'il est impossible de retenir l'alumine A1203 comme élément constituant une couche de protection du milieu d'enregistrement MMO représenté à la figure 1. B/ Résultats obtenus avec un milieu d'enregistrement magnétooptique Fe - Tb - Gd - Co /AlN protégé avec du dioxyde de silicium (Secteurs S3 et S4) : Au bout de 1000 heures de soumission à la corrosion en atmosphère humide, il n'a ét. -,té aucun changement *significatif dans le champ coercitif Hc mesuré aussi bien pour les secteurs S3 et S4. Ceci est illustré à la figure 5, aux courbes C6 et C7 qui représentent respectivement l'évolution au cours du temps du champ coercitif Hc des échantillons S3 et S4. On note cependant qu'au bout de mille heures de fonctionnement, le champ coercitif Hc de l'échantillon S3 subit une légère décroissance par rapport à la valeur que ce champ coercitif a dès que l'échantillon est constitué ou au bout de quelques dizaines d'heures de fonctionnement. On peut conclure qu'une couche de protection en dioxyde de silicium SiO2 de 600 angstrôms d'épaisseur assure une protection plus efficace qu'une couche de protection de méme nature. ayant une épaisseur inférieure, à savoir 200 angstrôms. A noter que sur cette méme figure 5 on a représenté la courbe représentative de la variation du champ coercitif Hc d'un milieu magnétooptique tel que celui montré à la figure 1, mais dépourvu de couche de protection supplémentaire telle que celle constituant les secteurs S1 à S6. On voit que pour cette courbe C5, aucune mesure n'a pu être effectuée pour plusieurs centaines d'heures en atmosphère humide, puisque ainsi qu'il a été indiqué plus haut, un tel milieu est détruit par la corrosion due à lthumidité au bout de plusieurs centaines d'heures de fonctionnement et qu'il est donc impossible d'en mesurer le champ coercitif. - 9 - C/ Résultats obtenus avec un milieu d'enregistrement magnétooptique Fe - Tb - Gd - Co/AlN recouvert d'une couche de protection en monooxyde de silicium (Secteurs S5 et S6): La courbe de variation du champ coercitif du secteur S6 a été établie et l'on peut constater (figure C8 à la figure 5) qu'il n'y a pratiquement aucun changement dans la valeur du champ coercitif au cours du temps quelle que soit la durée de soumission de cet échantillon à la corrosion en atmosphère humide. Aucune trace de corrosion n'a été décelée sur les échantillons S5 et S6. En conclusion, on voit qu'un milieu d'enregistrement magnétooptique tel que MMO, recouvert d'une couche de protection en dioxyde ou monooxyde de silicium d'une épaisseur de 600 angstrôms offre une excellente protection contre la corrosion par l'humidité. En ce qui concerne le dioxyde de silicium, des épaisseurs de 200 angstrôms sont également possibles. Bien entendu, l'épaisseur optimale des couches de protection SiO ou SiO2 doit être ajustée pour obtenir le meilleur signal de lecture possible, c'est-à-dire avoir le meilleur rapport signal/bruit. On considère la figure 4 qui représente un mode préféré de réalisation du milieu magnétooptique d'enregistrement selon l'invention. Ce milieu MMOI comprend: - Le substrat SUBSI analogue au substrat SUBS de la figure 1, - Une couche magnétooptique d'enregistrement CMOI analogue à la couche CMO de la figure 1, tant en ce qui concerne la composition que l'épaisseur, - Une couche diélectrique DIELI analogue à la couche DIEL de la figure 1, tant en ce qui concerne la composition que l'épaisseur, - Une couche de protection CPI réalisée soit en monooxyde de silicium SiO, soit en dioxyde de silicium SiO2. L'épaisseur e3 de cette couche CPI est au minimum de 200 angstrôms et de préférence comprise entre 200 et 600 - 10angstr6ms pour une couche de protection CPI en dioxyde de silicium, la valeur préférée se situant aux alentours de 600 angstrôms, dans les deux cas. Un disque magnétooptique ayant un milieu d'enregistrement Fe - Tb - Gd - Co/AlN recouvert d'une couche de protection en dioxyde de silicium SiO2 de 600 angstrâms d'épaisseur et d'une couche de lubrification adéquate a été réalisé et a permis de constater que des têtes d'enregistrement comprenant des transducteurs magnétiques d'enregistrement ont pu voler dans des conditions tout-à-fait normales à une distance de l'ordre de quelques dixièmes de microns de ce disque et ce, pendant au moins deux semaines. On a pu observer également que ces têtes ont pu atterrir ou décoller sur le disque (lors de l'arrêt ou lors de la mise en route du disque) sans problème apparent (il s'agit des têtes dites "à décollage" qui sont bien connues de l'homme du métier dans le domaine de l'enregistrement sur disques magnétiques appartenant à des mémoires à disques). Il convient de remarquer que l'utilisation de têtes à décollage est difficile, voire impossible pour des milieux d'enregistrement magnétooptiques tels que celui de la figure 1. A' 2625590 Revendications: 1. Milieu magnétooptique d'enregistrement multicouches (MMOI) comprenant au moins une couche magnétique formée d'un alliage comportant au moins un métal du groupe des Terre Rares lourds et un métal du groupe de la première série de transition (CMOI) recouverte d'au moins une coucne diélectrique de nitrure d'aluminium (DIELI), caractérisé en ce que, dans le but de protéger le milieu magnétooptique (MOI) de la corrosion en atmosphère humide, ce dernier comprend une couche de protection (CPI) en oxyde de silicium recouvrant la couche de nitrure d'aluminium, la couche de protection ayant une épaisseur au moins égale à 200 angstrôms. 2. Milieu suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la couche de protection (CPI) est réalisée en dioxyde de silicium SiO2. 3. Milieu suivant la revendication 2 caractérisé en ce que l'épaisseur de la couche (CPI) est comprise entre 200 et 600 angstrôms. 4. Milieu suivant la revendication 1 caractérisé en ce que la couche de protection (CPI) est réalisée en monooxyde de silicium SiO. 5. Milieu suivant la revendication 4 caractérisé en ce que l'épaisseur de la couche de protection (CPI) est voisine de 600 angstrôms.